Part III. Alimentació i nutrició personalitzada · de histonas Organización estructural...
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Part III. Alimentació i nutrició personalitzada Dra. Francisca Serra Catedràtica de Nutrició i Bromatologia Laboratorio de Biología Molecular Nutrición y Biotecnología (LBNB) Universidad de las Islas Baleares
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Part III. Alimentació i nutrició personalitzada
Dra. Francisca Serra
Catedràtica de Nutrició i Bromatologia
Laboratorio de Biología Molecular Nutrición y Biotecnología (LBNB)
Universidad de las Islas Baleares
Nutrigenòmica i la nutrició personalitzada
Nous aliments i aliments funcionals
Paper de la microflora intestinal
Nutrigenòmica i la nutrició
personalitzada
Concepte.
Paper dels gens sobre el binomi alimentació i salut.
Nutrició òptima.
Paper de la epigènetica.
Bases de la nutrició personalitzada.
Biomarcadors de salut.
Alimentació funcional.
Años perdidos de vida saludable en Europa
Enfermedades por
causas nutricionales
Por otras causas
Enfermedades en la
cual la dieta juega
algún papel
significativo
41%
21% 38%
CVD
61%
Una dieta sana puede prevenir y/o reducir el
riesgo de algunas enfermedades
• Osteoporosis
• Osteoartritis
• Algunos tipos de cáncer
Enfermedades en las que
puede influir la nutrición
• Diabetes de tipo 2
• Enfermedad cardíaca
• Hipertensión
• Obesidad
Con un fuerte componente nutricional
• Pelagra
• Escorbuto
• Anemia
• Otras carencias de vitaminas y minerales
• Toxicidad por nutrientes
Causadas por carencias
nutricionales o toxicidad
La dieta condiciona nuestro metabolismo
Conocer el papel preciso de
los nutrientes nos aportaría
la capacidad de modular,
con eficacia y hacia un
fenotipo más saludable,
aquellas predisposiciones
negativas de cada individuo.
Qué aportan los alimentos?
• Nutrientes: carbohidratos, vitaminas,…
• El procesamiento para su conservación puede implicar – pérdida de nutrientes (p.e. vitaminas)
– formación de compuestos tóxicos (p.e. acrilamida)
– Incorporación de aditivos: preservantes, colorantes, saborizantes,….
• Toxinas – naturales (vegetales, marinas,…)
– contaminantes (pesticidas, metales pesados,…)
– Agentes patógenos y otros organismos (gusanos, virus,…)
• Fitoprotectores
Nuestros genes y estilo de vida también
condicionan el impacto de los nutrientes
sobre la salud
¿Vamos a
responder todos de
la misma manera a
alimentos o
ingredientes
alimentarios ?
La secuenciación
del genoma
humano ha
mostrado la
individualidad
genética de
cada uno de
nosotros
El ADN humano contiene unos 23.000 genes
Secuencia de ADN Interacción con
factores
celulares
Cromosoma
Pequeñas variaciones en el
genoma nos hacen distintos
Esta carga
genética la
transmitimos a
nuestra
descendencia
La presencia de polimorfismos de nucleótido
simple (SNPs) pueden modular la expresión
de los genes
Los SNPs permiten explicar parte de las diferencias
entre individuos
que no respondamos de la misma manera a medicamentos
al impacto de determinados
alimentos
Perfiles de SNPs
Influencia del genotipo sobre el
riesgo de cancer de colon y la
ingesta de calcio
Wong et al. Carcinogenesis, 24: 1091-1095, 2003
Calcio en la dieta
Rie
sg
o d
e c
an
ce
r d
e c
olo
n
*
*
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
FF Ff ff
Genotipo del gen VDR
< 388 mg/día
>388 mg/día
Cambio en la presión sanguínea en función
de la ingesta de fibra en relación con el
genotipo del gen AGT
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
T/T T/M M/M
Insoluble
Soluble
D D
BP
(m
m H
g)
Hegele, et al. Nutr. Res. 17: 1229, 1997
Dieta equilibrada:
funcionamiento normal,
salud
Dieta desequilibrada:
funcionamiento
alterado, enfermedad
Interacción genoma-dieta
• En determinadas circunstancias e individuos,
la dieta puede ser un factor de riesgo para
determinadas enfermedades
• Algunos genes relacionados con la dieta
pueden jugar un papel en la iniciación,
desarrollo, incidencia y/o severidad de
enfermedades crónicas
• El grado de influencia de la dieta sobre el
estado de salud viene definido por el bagaje
genético
Nutrigenómica
Pregunta sencilla
Problema complejo
Nutrigenómica
Nutrición personalizada
Nutrición Molecular
Interacción genes-nutrientes
Nutrigenética
Estudia los cambios
heredables de la
función génica que
tienen lugar sin
cambios en la
secuencia de ADN
Es la manifestación
de la interacción de
los genes con su
medio ambiente
dando lugar a un
fenotipo concreto
Epigenética
Mecanismos epigenéticos
Metilación
del ADN
Modificación
de histonas
Organización
estructural Epigenética:
“por encima de” la genética
El ADN está empaquetado en una configuración
compactada con proteínas constituyendo la
cromatina
La estructura de
la cromatina se
relaciona altamente
con el patrón de
expresión génica
durante el desarrollo
Histona
desacetilasas
Histona
acetilasas
ADN metil-
transferasas
La nutrición puede determinar el
fenotipo Abeja trabajadora
Abeja reina
Estudios de la hambruna holandesa durante la 2ª guerra mundial
300.000 hombres
19 años
3er trimestre
2º trimestre
1er trimestre
Ravelli et al (1976), NEJM
Suplementos maternos
zinc
betaina
metionina
colina
folato
B12
El periodo perinatal es
una ventana temporal
importante para la
modulación epigenética
Satisfacer requerimientos
nutricionales
Mantenimiento de la
salud
Satisfacción y placer
Propiedades deseadas en los alimentos
Nutrientes
Alimentos funcionales
Nutrigenómica
Dieta sana y segura
Alimentos para potenciar la calidad de vida
Factores
genéticos,
ambientales Genómica funcional
Bioinformática
Biología molecular
Epidemiología
Estudios nutricionales
edad
Bienestar
Terapia (fármacos)
Prevención (alimento)
Adapted from Verrips et al, Cur.op.biotech. 12 (2001) 483-487
Cuáles son las necesidades nutricionales en
edades tempranas para prevenir enfermedades
crónicas?
Beneficios potenciales de la Nutrigenómica
Inicio de la
enfermedad/efecto
Tardío
Punto final
Biomarcadores de
pronóstico
Biomarcadores de enfermedad
Edad
Temprano
La mayoría de
biomarcadores
aceptados actualmente
cuantifican puntos
intermedios/finales de
enfermedad o daño
celular
Inicio de la
enfermedad/efecto
Tardío
Punto final
Biomarcadores de
pronóstico
Detección de cambios en la
dinámica de las vías metabólicas
para mantener la homeostasis
Biomarcadores tempranos de salud
Edad
Temprano
Cambios sutiles precisan
parámetros muy sensibles
Edad
Efecto pronunciado: Biomarcador de un parámetro
Efecto sutil: Biomarcadores de múltiples
parámetros
(perfil huella digital )
Biomarcadores para
detectar efectos muy
tempranos
BIOmarkers of Robustness of Metabolic
Homeostasis for Nutrigenomics-derived
Health CLAIMS Made on Food
Proyecto de investigación colaborativa
paneuropea
KBBE-2009-2-2-03 Desarrollo de
biomarcadores para funciones que fomentan
la salud
Coordinador: Prof. Dr. Andreu PALOU
BIOCLAIMS es un consorcio constituido por 11 instituciones europeas
que ha movilizado una masa critica importante en varios dominios
científicos
UIB A. Palou
CTNS L. Arola
WU J. Keijer
TNO B. van Omen
ASCS J. Kopecky
DIFE S. Klaus
JUMP A. Dembinska-Kiec
UNIGraz B. Winklhofer-Roob
UWA P.J. Thornalley
USoton P.C. Calder
MUG J.M. Roob
claims BIO
Microarrays de DNA
Muller & Kersten, Nature Rev 4, 315: 2003
Nuevos biomarcadores personalizados
Basado en huellas digitales
o perfiles metabólicos de
numerosos parámetros.
Asociados al ajuste dinámico
de la homeostasis.
En vez de biomarcadores de enfermedad,
daño metabólico o punto final,
serán biomarcadores
de salud, de prevención, de ajustes de la homeostasis.
Nuevo concepto de biomarcador
Oxidative
stress
Metabolic
stress
Inflammatory
stress
IBD
CVD Allergies
Obesity Asthma
InfectionCancer
AlzheimerGingivitis
DiabetesJoint pain
Eye
disorders
Metabolic
syndrome
Systemic
responses
Nutritional
intervention
Oxidative
stress
Metabolic
stress
Inflammatory
stress
IBD
CVD Allergies
Obesity Asthma
InfectionCancer InfectionCancer
AlzheimerGingivitis
DiabetesJoint pain
Eye
disorders
Metabolic
syndrome
Systemic
responses
Nutritional
intervention
46% de las enfermedades y un 59% de las muertes
en el mundo (FAO/WHO) están directamente
relacionadas con la dieta
Nos centramos en el stress
metabólico, oxidativo e inflamatorio
Intervención
nutricional
Respuestas
sistémicas
B
age
Ph
ys
iolo
gic
al
fun
cti
on health
distorted
AB
age
Ph
ys
iolo
gic
al
fun
cti
on health
distorted
A
La estrategia general de Bioclaims consiste en
comparar un estado previo de salud con otro de
pre-enfermedad para identificar biomarcadores
tempranos
Para cada nutriente hay un margen óptimo de ingesta
riesgo
beneficio
cantidad
escaso exceso
Dentro de este rango óptimo se definen los
requerimientos nutricionales y las ingestas máximas
tolerables
riesgo
beneficio
cantidad
escaso exceso
Ventana de beneficio
Óptimo
Máxima contribución a
la salud Requerimientos
Límite superior
La determinación de la dosis óptima para el
mantenimiento de la salud a lo largo de la vida
requiere numerosos estudios
ingesta
Expectativa de
longevidad
Requiere conocer lo que ocurre bajo diferentes
condiciones fisiológicas y para estímulos
diferenciados en tiempo y concentración
riesgo
beneficio
escaso exceso
Por otra parte, los estudios nutricionales dan lugar a
cambios discretos en la expresión génica a largo plazo
En el estado de salud, la homeostasia es capaz
de tamponar las desviaciones metabólicas
producidas por los factores exógenos
Cambios pequeños
Para magnificar los efectos necesitamos
sobrecargar el sistema
Cambios grandes
Sobrecarga
0
20
40
60
80
100
120
age (years)
bio
ma
rker
(%)
stress 1
stress 2
stress 3
***
**
robust
early biomarker
healthy
altered
*
A.
0
20
40
60
80
100
120
age (years)
bio
mark
er
(%)
stress 1
stress 2
stress 3
***
**
robust
early biomarker
healthy
altered
*
A.
0
20
40
60
80
100
120
age (years)
bio
mark
er
(%)
stress 1
stress 2
stress 3 healthy
altered
* weak
early biomarker
B.
0
20
40
60
80
100
120
age (years)
bio
mark
er
(%)
stress 1
stress 2
stress 3 healthy
altered
* weak
early biomarker
B.Se seleccionan los
biomarcadores
robustos
Modelo animal para la búsqueda de biomarcadores
robustos de susceptibilidad a la obesidad
Modelo experimental:
Ratas Wistar
Control: Dieta estándar
Lex: Suplementación durante la
lactancia Lex
Lex
No observamos
diferencias en la
evolución del peso
corporal a los 5
meses de edad
La suplementación perinatal con Lex condiciona en las
hembras, una mayor ganancia de peso, fundamentalmente
de grasa, cuando tienen acceso a una dieta hiperlípídica en
edad adulta
ANOVA
S = Sex
D= Diet (NF vs HF)
T = Treatment (C vs Lex)
T D
12%
49%
NF C
NF Lex
HF C
HF Lex
D D
15%
15%
¿Podemos identificar algún biomarcador
temprano?
Al final de la lactancia de las crías, cuando todavía no
se detectan alteraciones en el peso, ni en la
composición corporal
Expresión de RNAm en tejido adiposo
mesentérico a día 21 de edad
Two way ANOVA
S = Sex
T = Treatment (C vs Leu)
*
S x T
p=0.032
25%
S x T
p=0.032
**
40%
S x T
p=0.001
**
60%
• La expresión de genes clave
en el metabolismo energético
fue sensiblemente menor en las
hembras procedentes de
madres suplementadas con Lex
• No se observaron diferencias
significativas en los machos
Tejido adiposo mesentérico
Control Lex
Female Control Lex
Male
Control Lex
Female
Control Lex
Male
Control Lex
Female
Control Lex
Male
Edad: 20 días
Predispone a la
obesidad??
Es un biomarcador
de susceptibilidad a
obesidad??
Edad: 6 meses
Impronta
perinatal
Persiste en
edad adulta Control Lex
Female
Control Lex
Male
Control Lex
Female Control Lex
Male
Diagnosis
Evidencias clínicas de
biomarcadores de
riesgo
Tratamiento
Terapia
generalizada
Mantenimiento de la
salud
Dieta equilibrada y
estilo de vida sano
Predisposición Detección
temprana
Dieta y/o tratamiento
personalizados
Perfil genético Biomarcadores
tempranos y clásicos
Gracias por su atención
