Dołącz do czytelników
Brak wyników

Zapobieganie chorobom , Otwarty dostęp

30 października 2019

NR 5 (Październik 2019)

Predyspozycje genetyczne w żywieniu i suplementacji

0 51

Zalecenia żywieniowe i suplementacyjne są ustalane dla ogółu populacji, gdzie głównym wyznacznikiem jest zazwyczaj wiek czy płeć danej grupy. Wytyczne są tworzone przez wzgląd na „większość” – 
zapominamy jednak, że ludzie różnią się między sobą, a często są to różnice znaczące. Skąd więc mamy wiedzieć, czy zalecenia dotyczące spożycia produktów mlecznych będą dobre dla każdego? Na jakiej podstawie możemy stwierdzić, jaka dawka suplementacji witaminy D3 będzie skuteczna w konkretnym przypadku? I jak wygląda konwersja beta-karotenu do aktywnego retinolu u danej osoby? Na te pytania częściowo możemy odpowiedzieć, wykonując analizę DNA.
W ostatnich latach popularność zyskały różnego rodzaju testy genetyczne, dzięki którym można poznać swoje polimorfizmy genetyczne. Znajomość polimorfizmów genetycznych, czyli różnych odmian danego genu, umożliwia w coraz większym zakresie poznanie swoich predyspozycji genetycznych dotyczących komponowania diety, metabolizmu leków czy predyspozycji do określonych chorób, w tym chorób nowotworowych. Genetyka jest wciąż względnie młodą dziedziną nauki, ale już coraz więcej badań naukowych potwierdza istotny związek polimorfizmów genetycznych z danymi predyspozycjami. W niniejszym artykule skupię się na kilku najlepiej poznanych predyspozycjach genetycznych dotyczących diety i suplementacji. Zacznijmy jednak od tego, czym w ogóle są polimorfizmy genetyczne. Aby to zrozumieć, musimy się cofnąć na chwilę do podstaw genetyki.
Genetyka to nauka zajmująca się badaniem dziedziczności i zmienności organizmów żywych, natomiast gen to podstawowa fizyczna i funkcjonalna jednostka dziedziczności. Genami określamy fragmenty DNA. DNA, inaczej kwas deoksyrybonukleinowy, pełni funkcję nośnika informacji genetycznej u ludzi (i innych eukariontów). DNA znajduje się w jądrze komórkowym każdej komórki organizmu, bardzo ściśle upakowane w komórce w postaci chromosomów. Warto tutaj dodać, że w mitochondriach znajduje się dodatkowo DNA mitochondrialne. Kwas deoksyrybonukleinowy zbudowany jest zazwyczaj z dwóch łańcuchów, które zwijają się wokół wspólnej osi, tworząc podwójną helisę. Podstawową jednostką kwasu deoksyrybonukleinowego są nukleotydy. Zbudowane są one z reszty cukrowej – pentozy, co najmniej jednej reszty fosforanowej oraz zasad azotowych – purynowej (A – adenina, G – guanina) lub pirymidynowej (C – cytozyna i T – tymina). Zasady azotowe skierowane są do wnętrza, tworząc komplementarne pary zasad połączonych wiązaniami wodorowymi. Pary zasad komplementarnych to para adeniny z tyminą oraz guaniny z cytozyną. 
 

Znajomość polimorfizmów genetycznych może być dobrym drogowskazem w personalizacji działań mających na celu optymalizację zdrowia.


Geny ulegają ekspresji – procesowi, w którym informacja genetyczna zawarta w genie zostaje odczytana i przepisana na jego produkty będące białkami. W genach znajduje się m.in. informacja o tym, jak powinno być zbudowane dane białko, czyli w jakiej kolejności powinny być połączone aminokwasy w łańcuchu. Duża część genów w ogóle nie koduje białek. 
Świat naukowy zwrócił się w stronę genetyki dzięki Human Genome Project, czyli tzw. projektowi poznania genomu ludzkiego. Był to program naukowy mający na celu poznanie sekwencji wszystkich komplementarnych par zasad tworzących ludzki genom. Dokładnie 14 kwietnia 2003 r. opublikowano dokument potwierdzający zakończenie sekwencjonowania 99% genomu z trafnością 99,99%. Aktualnie sekwencja ludzkiego DNA jest zapisana w bazie dostępnej w internecie. Human Genome Project szacuje, że ludzie mają od 20 000 do 25 000 genów [3]. 
Większość z nich jest taka sama u wszystkich ludzi, ale niewielka liczba (mniej niż 1% całości) różni się nieco między ludźmi. Te niewielkie różnice przyczyniają się do unikalnych cech fizycznych każdej osoby. Odmienne wersje tego samego genu, różniące się jednym lub kilkoma nukleotydami nazywamy allelami, a zjawisko występowania więcej niż jednej wersji danego genu określamy jako polimorfizm. Polimorfizm pojedynczego nukleotydu (Single Nucleotide Polymorphism – SNP) to zjawisko zmienności sekwencji DNA polegającej na zmianie pojedynczego nukleotydu – a dokładniej jednej literki: A, T, C lub G – pomiędzy osobnikami danego gatunku lub drugim, odpowiadającym chromosomem danego osobnika. Szacuje się, że polimorfizmy pojedynczego nukleotydu stanowią ponad 90% całej zmienności występującego w genomie człowieka. Biorąc pod uwagę fakt, że nukleotydów w ludzkim DNA jest ok. 3 mld, to SNP występują nawet co 100–300 nukleotydów [5], głównie w wyniku błędów przy replikacji DNA. Zmiany w obrębie zasad azotowych prowadzą do polimorfizmów genetycznych i mogą powodować różnice w kodowanych białkach, precyzyjniej w kolejności kodowanych aminokwasów w danym białku. W wyniku tego dane białko może utracić swoją funkcję. Z racji tego, że białka budują m.in. enzymy, hormony, neuroprzekaźniki czy receptory – polimorfizmy genetyczne docelowo mogą – choć nie muszą – być powodem różnego rodzaju zaburzeń zdrowotnych, w tym zaburzeń metabolicznych. 
W kontekście występowania SNP mówi się o różnych wariantach genetycznych. Mogą być to unikalne zmiany bądź występujące u wielu osób jednocześnie. Powtarzalność SNP jest obserwowana w obrębie różnych – geograficznie bądź etnicznie – populacji. Zarówno jeśli chodzi o zmiany widoczne, takie jak kolor skóry, jak i te wewnętrzne, czyli gorsze metabolizowanie alkoholu czy brak enzymu laktazy, który warunkuje nietolerancję laktozy. Jako przykład można podać podatność na działanie alkoholu etylowego wśród rasy azjatyckiej, związaną z różnicą w budowie enzymu dehydrogenazy alkoholowej. Polimorfizmy genetyczne można także wykorzystać do śledzenia dziedziczenia genów chorobowych w rodzinach.

Predyspozycje genetyczne w dietetyce

Dość dobrze znanym skutkiem zmian w obrębie ekspresji genów jest nietolerancja laktozy. Niektóre warianty w genie MCM6 powodują utratę zdolności do wytwarzania enzymu zwanego laktazą – przez co organizm traci zdolność do trawienia laktozy, cukru mlecznego. Osoby z nietolerancją genetyczną laktozy na pewnym etapie życia mogą spodziewać się więc nieprawidłowej reakcji na produkty mleczne zawierające laktozę, takie jak bóle brzucha, wzdęcia czy biegunki [7–9]. 
Innym przykładem mogą być polimorfizmy genetyczne w obrębie genu BCMO1, w wyniku których może dojść do pogorszenia konwersji beta-karotenu do retinolu, czyli aktywnej formy witaminy A [10]. Beta-karoten określa się mianem prowitaminy A oraz uważa się, że odgrywa on znaczącą rolę w dostarczaniu witaminy A z diety. Faktem jest jednak, że wiele zależy tutaj od efektywnej konwersji beta-karotenu do retinolu. W przypadku występowania niekorzystnych wariantów genetycznych konwersja ta może być obniżona nawet o 70% [13]. 
Wiadomo, że zbyt niski poziom witaminy A dostarczanej wraz z dietą niesie ze sobą szereg negatywnych konsekwencji dla zdrowia każdego człowieka, a zwłaszcza dla dzieci i kobiet w ciąży. Niedobór witaminy A może prowadzić m.in. do kłopotów ze wzrokiem, odpornością i skórą. Wiedza na temat potencjalnie obniżonej konwersji beta-karotenu do aktywnego retinolu może być wartościowa dla osób unikających produktów odzwierzęcych w swojej diecie. Te osoby będą w szczególności narażone na spożycie zbyt małej ilości witaminy A, co może mieć negatywne konsekwencje zdrowotne.
Inne predyspozycje genetyczne, które mogą mieć znaczenie w kontekście kompozycji diety, to polimorfizmy dotyczące tłuszczów. Przykładem mogą być tu geny PPARγ czy APO2. W wyniku niekorzystnych wariantów powinno się zwrócić szczególną uwagę na stosunek kwasów tłuszczowych w diecie, unikając spożywania zbyt dużej ilości kwasów tłuszczowych nasyconych. Badania pokazują, że osoby z tymi polimorfizmami mogą gorzej metabolizować tłuszcz i mniej efektywnie wykorzystywać go jako paliwo energetyczne, a szybciej magazynować jako tkankę tłuszczową, niż osoby z innymi wariantami w obrębie tych genów. Może to wpływać również negatywnie na gospodarkę lipidową [17].
 

W kontekście ekspresji genetycznej duże znaczenie mają czynniki zewnętrzne, co określa się czynnikami epigenetycznymi.


Dane na temat genetycznej predyspozycji mogą dać nam informacje dotyczące insulinowrażliwości, a więc zwiększonego genetycznie ryzyka insulinooporności. Co więcej, cukrzyca ciężarnych może być w dużej mierze uwarunkowana genetycznie, a za jeden z genów mających z tym związek uważa się MTNR1B [18].
Pozostałe predyspozycje, które mogą mieć znaczenie w praktyce zawodowej dietetyka, ale także dla osób dbających o sylwetkę, to wiedza na temat zwiększonego ryzyka otyłości, zaburzenia sytości, tolerancja fruktozy, wrażliwość na kofeinę czy sód, a także zaburzenia wchłaniania żelaza czy metabolizmu witamin z grupy B. 
Polimorfizmy genetyczne mają znaczenie także w kontekście dobierania prawidłowej suplementacji. Dobrym przykładem jest tutaj witamina D3, której suplementacja jest niezbędna w Polsce przez większość roku. Niski poziom witaminy D3 jest skorelowany z wieloma zaburzeniami zdrowotnymi. Często zdarza się, że standardowo dobrana dawka suplementu z witaminą D3 nie zmienia jej poziomu w organizmie nawet po roku regularnej suplementacji (zazwyczaj jest to ok. 2000 IU). 
Powodem słabszego reagowania na suplementację witaminą D3 mogą być niekorzystne warianty w obrębie genu VDR. Gen VDR zawiera „instrukcje” dotyczące wytwarzania białka zwanego receptorem witaminy D, które pozwala organizmowi odpowiadać na witaminę D [11, 12]. W związku z tym może okazać się, że dawka zalecana populacyjnie nie odegra tu swojej roli. Oczywiście warto podkreślić, że punktem wyjścia do rozpoczęcia suplementacji i ustalenia jej dawki powinny być badania z krwi oraz konsultacja ze specjalistą. Jednak znając swoje predyspozycje genetyczne, możemy lepiej przewidywać potencjalną reakcję organizmu i w porę interweniować. 
Polimorfizmy genetyczne mogą dać solidną wiedzę na temat predyspozycji sportowych, regeneracji potreningowej czy zwiększonego ryzyka kontuzji, co umożliwia m.in. personalizację zaleceń treningowych. Coraz więcej polimorfizmów genetycznych jest także skorelowanych z chorobami autoimmunologicznymi, metabolizmem leków czy aspektami dotyczącymi urody, takimi jak predyspozycje do rozstępów, cellulitu czy przebarwień skóry pod wpływem słońca.

Genetyczny drogowskaz

Informacja o polimorfizmach genetycznych to jeden z wielu elementów układanki. Dysponując tą wiedzą, mamy już dużo danych o konkretnej osobie. Wiedzę tę potrzebujemy jednak dopełnić aktualnymi badaniami (krwi, moczu) oraz wywiadem z daną osobą. Predyspozycje genetyczne to – jak sama nazwa wskazuje – predyspozycje. Nie zawsze musi dojść do ekspresji niekorzystnych wariantów genetycznych. Geny to nie wyrok, geny to drogowskaz.
W kontekście ekspresji genetycznej duże znaczenie mają czynniki zewnętrzne, co określa się czynnikami epigenetycznymi, takimi jak dieta, stres, palenie papierosów czy picie alkoholu. Często można usłyszeć powiedzenie, że o ile geny „ładują pistolet”, to czynniki środowiskowe „pociągają za spust”. Pokazuje to, jak istotną rolę w ekspresji genów odgrywają właśnie czynniki epigenetyczne. 
Mimo to znajomość polimorfizmów genetycznych może być dobrym drogowskazem w personalizacji działań mających na celu optymalizację zdrowia, co pozwala zaoszczędzić wiele czasu na poszukiwania optymalnego rozwiązania. Na rynku zarówno zagranicznym, jak i polskim są już firmy oferujące analizy genetyczne, w wyniku których możemy poznać swoje polimorfizmy genetyczne. Jesteśmy w stanie dzięki temu określić swoje predyspozycje genetyczne i wykorzystać tę wiedzę jako uzupełnienie podstawowych badań laboratoryjnych, m.in. w kontekście personalizacji diety, aktywności fizycznej czy suplementacji. Takie informacje mogą pomóc również w personalizacji profilaktyki zdrowotnej. 

Podsumowanie:

  1. Znajomość polimorfizmów genetycznych może być narzędziem zwiększającym efektywność we współpracy z podopiecznym/pacjentem.
  2. Predyspozycje genetyczne umożliwiają komponowanie spersonalizowanej diety oraz suplementacji. 
  3. Korzystanie z wiedzy dotyczącej predyspozycji genetycznych powinno być zawsze rozpatrywane w komplecie z aktualnymi wynikami badań diagnostycznych (badania krwi, moczu itp.) oraz wywiadem z podopiecznym/pacjentem.
  4. Na ekspresję polimorfizmów genetycznych duży wpływ mają czynniki epigenetyczne, więc „geny to nie wyrok”. 
  5. Znajomość predyspozycji genetycznych może być dobrym kierunkowskazem do wykonywania trafnej diagnostyki i wczesnego wykrycia potencjalnych problemów zdrowotnych.


Bibliografia:

  1. Brown T.A., Genomy. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2009.
  2. Berg J.M., Stryer L., Tymoczko J.L. Biochemia. Wyd. 3. Warszawa: PWN, 2007.
  3. Pearson H. Genetics: what is a gene? Nature. May 2006, 441(7092), 398–401.
  4. https://ghr.nlm.nih.gov/primer/basics/gene , 22:49, 24.06.2019.
  5. NIH, What are Single Nucleotide Polymorphism (SNPs)? Genetics Home Reference, https://ghr.nlm.nih.gov/primer/genomicresearch/snp (dostęp: 30.04).
  6. Marcinkowska M., Kozłowski P., Wpływ polimorfizmu liczby kopii na zmienność fenotypową człowieka, Postępy Biochemii 2011, 57(3).
  7. Tishkoff S.A., Reed F.A., Ranciaro A. et al. Convergent adaptation of human lactase persistence in Africa and Europe. Nature genetics. 2007.
  8. Enattah N.S.,Sahi T., Savilahti E. et al. Identification of a variant associated with adult-type hypolactasia. NatGenet. 2002 Feb; 30(2): 233–7. 
  9. Bersaglieri T., Sabeti P.C., Patterson N. et al. Genetic signatures of strong recent positive selection at the lactase gene. American Journal of Human Genetics. 2004; 74(6): 1111–1120. 
  10. Leung W.C., Hessel S., Méplan C., Flint J.,Oberhauser V., Tourniaire F., Hesketh J.E., von Lintig J., Lietz G., Twocommon single nucleotide polymorphisms in the gene encoding beta-carotene 15,15'-monoxygenase alter beta-carotene metabolism in female volunteers, Am J Hum Genet. 2009 Apr; 84(4): 477–82.
  11. Berry D., Hyppönen E. Determinants of vitamin D status: focus on genetic variations. Curr Opin Nephrol Hypertens. 2011 Jul; 20(4): 331–336. 
  12. Ahn J., Yu K., Stolzenberg-Solomon R., Simon K.C., McCullough M.L. et al. Genome-wide association study of circulating vitamin D levels, Hum Mol Genet. 2010 Jul 1;19(13): 2739–45.
  13. Tang G., Bioconversion of dietary provitamin A carotenoids to vitamin A in humans, Am J Clin Nutr. 2010 May; 91(5): 1468S–1473S.
  14. Ruchat S.M.,Rankinen T., Weisnagel S.J., Rice T., Rao D.C. et al. Improvements in glucose homeostasis in response to regular exercise are influenced by the PPARG Pro12Ala variant: results from the HERITAGE Family Study. Diabetologia 2010, Apr; 53(4): 679–89.
  15. Xu W., Li Y., Wang X., Chen B., Liu S., et al. PPARgamma polymorphisms and cancer risk: a meta-analysis involving 32,138 subjects. Oncol Rep. 2010 Aug; 24(2): 579–85. 
  16. Zhao Y., Ma Y.S., Fang Y., Liu L., Wu S.D., et al. IGF2BP2 genetic variation and type 2 diabetes: a global meta-analysis. DNA Cell Biol 2012 May; 31(5): 713–20. 
  17. Chui P.C., Guan H.P., Lehrke M. et al. PPARγ regulates adipocyte cholesterol metabolism via oxidized LDL receptor 1, J Clin Invest. 2005 Aug 1; 115(8): 2244–2256.
  18. Vejrazkowa D., Lukasova P., Vankova M. et al. MTNR1B Genetic Variability Is Associated with Gestational Diabetes in Czech Women, International Journal of Endocrinology, Volume 2014, Article ID 508923, 7 pages.

Przypisy