Genoomikast ja selle arengusuundadest mittebioloogidele

3. Nutrigenoomika ehk toitumisgenoomika

genoomika-1.pngToitumisgenoomika on teadus, mis uurib inimese genoomi, toitumise ja tervisevahelisi suhteid.

Empiiriliselt on teada, et toidu kogus ja koostis mõjutab krooniliste haiguste algust, levimust, raskusastet, progresseerumist. Erinevalt täpselt doseeritud farmakoteraapia toimemehhanismidest, koosneb toit paljude bioloogiliselt aktiivsete ainete segust, millest mõned võivad olla otsesed ligandid geenitranskriptsiooni mõjutavatele retseptoritele. Samuti programmeerib ema dieet rasedusperioodil loote homeoöstaasi metaboolselt läbi epigeneetiliste muutuste.

Toitumisgenoomika keskendub tavatoidus leiduvatele bioaktiivsetele ühenditele ja kuidas need ained interaktsioonis genoomiga mõjutavad organismi tasakaalu.

Millised toiduained mõjutavad teadaolevalt inimese metabolismi tervistsäästvas (antioksüdatiivses) suunas?

Nutrigenoomikal on 5 põhimõtet:

  1. Mikro- ja makrotoitained võivad otseselt või kaudselt mõjutada inimese genoomi läbi struktuurimuutuste ja geeniekspressiooni.
  2. Toitumine võib olla oluline riskifaktor paljude haiguste arengul mõnedel indiviididel ja teatud asjaoludel
  3. Olulist rolli mängivad tõenäoselt haiguste tekkel, levimusel, progresseerumisel ja raskusastme määramisel mõned geenid, mida aktiivsed ained toidust reguleerivad
  4. Tervise/ haiguse tasakaalu mõjutamise aste lähtub indiviidi genotüübist
  5. Sekkumine dieedi kaudu baseerub individuaalsel toitumusel ja vajab genotüüpi (individualiseeritud toitumine) ja võib kasutada krooniliste haiguste preventsiooniks, kergendamiseks või raviks.

Nutrigenoomika tegeleb toitainete erinevuste analüüsiga geeniekspressiooni regulatsioonil, s.t. uurib toitainete mõju genoomile, transkriptoomile, proteoomile, metaboloomile.

genoomika-3-0.png

http://www.drugswell.com/winow/winowb2/Rimbach_Nutrigenomics.htm

Millised võiksid olla pikaealisuse regulatsiooni molekulaarsed mehhanismid?

Võib eristada kahte haru:

  1. Nutrigenoomika – toitainete mõju uuringud tervisele läbi genoomi, proteoomi ja metaboloomi muutmise ja tulemusena muutused füsioloogias. Seega uurib nutrigenoomika, kuidas individuaalsed erinevused geenides mõjutavad organismi vastust dieedile ja toitumisele. Eesmärgiks on mõista, kuidas toitumine mõjutab metabolismi ja homeoöstaatilist kontrolli. Näiteks fenüülketonuuria korral mutatsioonid fenüülalaniini hüdroksülaasi kodeerivas geenis põhjustavad suutmatust aminohape fenüülalaniini metaboliseerida toidust. Haiged peavad fünüülalaniini vaest dieeti pidama raviks.
  2. Nutrigeneetika – uurib geenivariantide mõju toitumise ja tervise koosmõjule koos viitamisega indiviidide tundlikkusgruppidele.

97%  annoteeritud geenidest on teadaolevalt assotsieerunud inimese monogeensete haigustega (mutatsioon ühes geenis on piisav haiguse tekkeks). Polügeensete haiguste korral (rasvumine, vähk, diabeet, kardiovaskulaarsed haigused jne.) sekkumine toitumisega on keeruline eesmärk. Toidukomponentide mõju tervisele toimib läbi geeniekspressiooni regulatsiooni, moduleerides transkriptsioonifaktorite aktiivsust või läbi hormonaalse kontrolli, mis realiseerub kaudselt kontrolli näol transkriptsioonifaktorite üle.

Kroonilised haigused (ka mõned vähitüübid) võivad olla ennetatavad, vähemalt edasilükatavad tasakaalustatud, spetsiaalse dieediga.

Mittetasakaalus toitumine soodustab haigestumist.

Makrotoitained – rasvad, süsivesikud, valgud. 

Nende tasakaalustamata tarbimine soodustab haigestumist kroonilistesse haigustesse ja haiguste progresseerumist. Moodsad dieedid on sageli mittebalanseeritud, lühiajaliselt võivad põhjustada kaalulangust, pikemaaegselt sageli ebatervislikud.

Mikrotoitained ehk mikroelemendid – foolhape, vitamiinid B12, B6, C, E, raud, tsink, niatsiin.

Inimene vajab toiduga u. 40 mikroelementi. Mikroelementide defitsiit võib põhjustada DNA kahjustusi, seostub mitmete raskete haigustega inimesel. Mõni mikroelemendi defitsiit on põhjustatud halvast toitumisest, mõni metabolismis osalevate ensüüme kodeerivate geenide polümorfismidest. Ensüümi polümorfismidest põhjustatud haigusi saab ravida vastava koensüümi vitamiinikomponendi manustamisega suures hulgas. Vitamiini kõrge kontsentratsiooniga saab tõsta koensüümi rakusisest taset, mis osaliselt taastab ensüümi aktiivsuse. Parandades inimese toitumist, mis sama genotüübi ja vanuse juures võib olla väga spetsiifiline, saab vähendada DNA kahjustusi, parandada tervist ja elukvaliteeti, alandada riski haigestuda vanemaealiste haigustesse.

Millistel toiduainetel on teadaolevalt preventatiivne toime teatud haigustele ja seisunditele (vähktõbi, põletik)?

genoomika-3-1.png

Skeem rasvhapete metabolismi kohta. PPAR – peroxisome proliferator –activated receptor; RXR – retinoid X receptor; LXR – liver X receptor; HNF4 – hepatocyte nuclear factor 4; FXR – farnesol  X receptor; CoA – coenzyme A; satur. – saturated; MUFA – medium – chain unsaturated fatty – acids (lymph lipids); PUFA – polyunsaturated fatty acids (Omega-3); http://nutrigenomics.psu.edu/_Media/nrs_and_cellular_metabolite.jpeg

Toidulipiidide sensoorsed molekulid on nukleaarse retseptori valgud (NR), s.h. „metaboolsed tuumaretseptorid” PPAR, LXR, RXR, HNF4, FXR. Need retseptorid toimivad metaboolsete vaheproduktide, ksenobiootikumide, toidukomponentide sensoritena ja võimaldavad rakkudel reageerida keskkonnamuutustele, indutseerides vastavaid metaboolseid geene ja –radasid.  NR valgud toimivad transkriptsioonifaktoritena, mis otseselt käivitavad geeniekspressiooni vastuseks lipofiilsetele molekulidele.

Kirjandus:

Eelmine
Järgmine