Feltéve, hogy génjeink meghatározzák növekedésünket, megjelenésünket, működésünket és a betegség kialakulását - hogyan lehetséges, hogy két azonos genetikai beállítottságú ember, pl. azonos ikrek, nem mindig ugyanaz a kinézetük vagy akár ugyanaz a betegségük?
A kiváltó ok környezetünk és életmódunk kölcsönhatása genomunkkal.
Annak ellenére, hogy minden egyes ember genetikai kódja megváltoztathatatlan (a mutációkat leszámítva), a kifejezés módját a környezetünk befolyásolhatja.
Ezt hívjuk epigenetikának: örökletes változások a génexpresszióban, amelyek nem járnak a DNS-szekvencia változásával.
Hogyan működik az epigenetika?
Míg a genetika leírja a génen belüli DNS-szekvencia átadását a következő generációra, az epigenetika úgy tekinthető, mint a gének felhasználásának továbbvitelére. Hasonlóképp gondolj egy koncertre: Míg a genetika leírja az örökölt hangszereket, addig az epigenetika leírja a velük játszott zenét. Olyan folyamatokat ír le, amelyek befolyásolják, hogy mely gének vannak bekapcsolva, vagy molekuláris értelemben beszélnek, amelyek "expresszálódnak".
Tudjuk, hogy az epigenetika működésének egyik mechanizmusa az metilcsoportok hozzáadása és eltávolítása a DNS-hez, amely információt nyújt arról, hogy a gént be kell-e kapcsolni vagy ki kell kapcsolni. A metilcsoportot a citozin módosítására használják, amely a DNS -ünk genetikai kódját alkotó négy bázis egyike. A citozint az úgynevezett DNS-metil-transzferázok (DNMT) enzimjei metilezik, majd 5-metil-citozinnak nevezik. Általánosságban elmondhatjuk, hogy egy metilezett Cs nagy száma egy gén DNS-ben kikapcsolja, vagyis nem expresszálódik.
A növényi és állati sejtek DNS-e a fehérjék köré tömörül, és ezt a komplexet kromatinnak nevezik. A kromatinon belül a DNS kettős spirál a hiszton fehérjék köré van tekerve, és ezt a szerkezetet nukleoszómának nevezik. A kromatin nukleoszómákból áll, amelyet további fehérjék hajtanak össze és tartanak össze. Egy másik epigenetikus mechanizmus a hisztonok módosítása acetilcsoportok vagy metilcsoportok révén, és az RNS egyes formái, mint pl mikroRNS-ek (mRNS-ek) és kis interferáló RNS-ek (siRNS-ek), részt vesznek a kromatin szerkezetének módosításában, amely eldönti, hogy az alapul szolgáló gén be- vagy kikapcsol-e. A metiláció szabályozásához hasonlóan az acetilezést enzimek szabályozzák: hiszton-acetil-transzferázok, amelyek acetilcsoportokat adnak hozzá, és hiszton-dezacetilázok (HDAC), amelyek eltávolítják őket.
Epigenetikus eljárással, például metilezéssel vagy acetilezéssel, egy tipikus génpár két alléljének egyikét el lehet némítani, vagyis nem fejeződik ki. Ez akkor válik problémává, ha az expresszált allél sérült vagy olyan változatot tartalmaz, amely növeli a szervezet érzékenységét bizonyos környezeti tényezőkkel szemben. Megállapították, hogy a DNS-metiláció különféle betegségekben és egészségi állapotokban vesz részt, beleértve a rákot is.
Eddig számos más típusú epigenetikai folyamatot azonosítottak. Nemcsak metilezést és acetilezést tartalmaznak, hanem pl. foszforilezés, ubiquitáció és SUMOylation is.
Hol van pontosan a kapcsolat a genetika és a környezetünk között?
Manapság a betegségek és magatartások sokfélesége kapcsolódik az epigenetikai mechanizmusokhoz, többek között rák, kognitív diszfunkció, szív- és érrendszeri betegségek, reproduktív diszfunkciók, autoimmun betegségek és neurológiai betegségek. Környezeti tényezők, mint például nehézfémek, peszticidek, dohányfüst, policiklusos aromás szénhidrogének, hormonok, radioaktivitás, vírusok és baktériumok ismertek vagy feltételezhetőek az epigenetikus folyamatok mögött, és tápanyagokat és másodlagos növényi vegyületeket is tartalmaznak.
Sokáig azt hitték, hogy génjeink határozzák meg egészségünket, és ha megismerjük genetikai kódunkat, a genetikai betegség a múlté lesz. Becslések szerint legalább 100 000 gén lesz, amely pótolja az emberek összetettségét, de az emberi genom projekt befejezésével a kutatók megállapították, hogy csak körülbelül 20 000 gén van az emberben - nagyon kicsi szám, tekintve, hogy a fonálférgek körülbelül 20 000, a szőlő körülbelül 30 000, a paradicsom pedig közel 32 000, és hogy genetikai szekvenciánk 98% -át csimpánzokkal és 70% -át a mélytengeri makkférgekkel osztjuk meg (körülbelül 14 000 gén ) (1). Ez elég sokk volt, és rá kellett jönnünk, hogy nem csak gének határozzák meg fejlődésünket.
Erre a megállapításra a legerősebb példa a a mézelő méhek fejlődése (két). Míg a munkaméhek és a méhkirálynő nemcsak fenotípusukban különböznek pl. nagyságában a királynő tojásokat is rak, míg a munkaméhek sterilek. Ennek ellenére a királynő és a munkások genetikailag azonosak. De hol rejlik a különbség akkor, ha nem a genetikai kódjukban?
A válasz a táplálkozás, pontosabban a méhpempő, egy váladék, amely néhány fejlődő lárvával táplálkozik, amelynek eredményeként ezek a lárvák inkább királynőkké, mint munkásokká válnak. Ahhoz, hogy lássuk, hogyan működik ez, vissza kell térnünk az acetilezéshez és a metilezéshez, valamint ezeknek a génexpresszióra gyakorolt hatásához. Megállapították, hogy a méhpempő tartalmaz egy hiszton-deacetiláz (HDAC) gátlót, amely megállítja az enzimeket, amelyek normál esetben eltávolítják az acetil-tageket a hisztonokból, és úgy gondolják, hogy ez az a folyamat, amely bekapcsolja a királynő kifejlődéséhez szükséges géneket. De a kutatások egy másik mechanizmust is felfedeztek: amikor csökkentették a metilcsoport mennyiségét, amely hozzáadta a DNMT enzimet a lárvákhoz, királynőkké is fejlődtek, még akkor is, ha nem kaptak méhpempőt. Ebben az esetben kevesebb metil-tag vezetett olyan gének kifejeződéséhez, amelyek a lárvák királynénnyá fejlődését eredményezték.
Hogyan befolyásolhatjuk génjeinket diétával?
Van rá egy szó
A mézelő méhek fejlődése erőteljes példa arra, hogy a táplálkozás miért tartozik azon életmódbeli tényezők közé, amelyek hatalmas hatással vannak génjeire. Embereken, állatokon és sejttenyészeteken végzett különféle vizsgálatok kimutatták, hogy a makrotápanyagok pl. az élelmiszerekben természetesen előforduló zsírsavak, mikroelemek, például vitaminok, és másodlagos növényi vegyületek (például flavonoidok, karotinoidok, kumarinok és fitoszterolok) közvetlenül részt vesznek az anyagcsere reakcióiban, sőt szabályozzák a génexpressziót.
Ez a felfedezés vezetett a a nutrigenomika területének alakulása: az élelmiszer és az élelmiszer-alkotórészek gén expresszióra gyakorolt hatásának vizsgálata. Az étel nemcsak a génjeinkre hat, hanem az egyes genetikai variációink is meghatározzák, hogy az élelmiszer hogyan metabolizálódik. A Nutrigenomics arra próbál választ találni, hogy a speciális tápanyagok vagy étrend hogyan befolyásolhatja az emberi egészséget.
Egy anya éhezése és gyermekei egészsége
A táplálkozás, a gének és a betegségek kapcsolatáról szóló első viták egyikét a Holland éhínség születési kohorsz, egyénekből áll, akik az éhínség körül születtek az 1944/45-ös téli háború idején, és azok megfelelő ellenőrzése (3).
Ezzel a kohorszal lehetséges volt tanulmányozza, hogy az anyai táplálkozás terhesség alatti változásai hogyan befolyásolják az utódok metabolikus és szív- és érrendszeri betegségek kockázatát felnőttkorban. Kritikus időablakokat találtak a terhesség alatt, amikor a magzat programozása megtörtént. Például alacsony születési súlyt találtak a 3. trimeszteres éhínség-kitettségnél és magas a születési súlyt az 1. trimeszteres éhínség-expozíciónál, és a prenatális expozíció magasabb gyakoriságot eredményezett károsodott glükóz metabolizmus és 2-es típusú cukorbetegség felnőttkorban (4). A tartós epigenetikai különbségek az éhínségek prenatális expozíciójához kapcsolódtak (5). Az inzulinszerű növekedési faktor 2 (IGF2) gén metilezése az újszülött magzati növekedésének és fejlődésének modulátora, és látható volt, hogy az éhínség kohorszban az IGF2 gén kevesebb metileződése történt az exponálatlan azonos nemű testvéreknél (6).
Mely ételek képesek megváltoztatni az epigenetikánkat?
Bár nincs hatással anyánk étrendjére, a jó hír az, hogy úgy tűnik, képesek vagyunk rá epigenetikai változásokat indukálunk mi magunk. A mediterrán étrendet, amely kedvező hatást fejtett ki a szív- és érrendszeri kockázatra, az emelkedett vérnyomásra, a gyulladásra és az elhízással kapcsolatos egyéb szövődményekre, randomizált, kontrollált vizsgálattal vizsgálták, hogy az étrend betartása összefügg-e a metilációs állapot változásával perifériás vérsejtek. Megállapították, hogy a a mediterrán étrend betartása, amely magas zöldség-, olívaolaj- és kevés húskészítményt tartalmaz, a gyulladással összefüggő gének metilezésével jár potenciális szabályozási hatással (7). Egy másik tanulmány megállapította, hogy a táplálkozás és az életmód intenzív megváltoztatása révén a fehérje-anyagcsere és -módosítás, az intracelluláris fehérje-forgalom és a fehérje-foszforiláció jelentős epigenetikai modulációit mutatták ki a prosztatarák fokozott kockázatával küzdő férfiaknál. Mivel ezek a biológiai folyamatok kritikus szerepet játszanak a tumorgenezisben, a táplálkozás és az életmód megváltoztatása módosíthatja a prosztata génexpresszióját (8).
De hogyan lehetséges ez?
Az élelmiszerekben található biokémiai anyagok egy része, például. genistein, a szója egyik alkotóeleme; resveratrol, fitoalexin, vörös szőlőben és vörösborban található; vagy szulforafán, izotocianát, amelyet keresztesvirágú zöldségek, például brokkoli állítanak elő, transzkripciós faktorok ligandumai, és így közvetlenül megváltoztatják a génexpressziót és befolyásolják a sejtcikluson belüli utakat. Megállapították, hogy szabályozzák a DNS-metiltranszferázok (DNMT) és a hiszton-deacetilázok (HDAC) expresszióját és enzimatikus aktivitását, amelyek fontos enzimek aktiválják és elnémítják az öregedésben és a rákképződésben részt vevő specifikus géneket (9) (10) (11).
Hogyan befolyásolják a baktériumok epigenomunkat?
De van még egy mechanizmus:
Étrendünk befolyásolja a bél mikrobiomját is, a bélben lévő baktériumok mennyisége és a bél mikrobiome viszont módosítja az étrendi expozíciót oly módon, hogy befolyásolja emberi gazdaszervezetét. A bélbaktériumok különféle anyagcsere útvonalon metabolizálják a makrotápanyagokat, akár szakemberekként, akár a baktériumok konzorciumaiban. Az étrend mikrobiális metabolitjai a génexpresszió epigenetikus aktivátorai is lehetnek ez például befolyásolhatja a vastagbélrák kockázatát az emberekben, például a rostokból származó butiráttermelést (12), vagy a módosításhoz használt vegyületek készletének megváltoztatásával, vagy az epigenetikus folyamatokban részt vevő enzimek közvetlen gátlásával. A vastagbélhám azonnal ki van téve ezeknek a metabolitoknak, bár egyes metabolitok a szisztémás keringésben is megtalálhatók.
Az emberi mikrobiom figyelemre méltóan személyre szabott, és ezáltal a gazda epigenetikus folyamataira gyakorolt hatása is (13). Ez megmagyarázhatja, hogy még akkor is, ha két teljesen azonos organizmusnak ugyanazok a környezeti feltételek vannak kitéve, epigenetikai szabályozásuk még mindig eltérő lehet személyes mikrobiomjuk eltérő metabolikus aktivitása miatt. Még mindig kevés a megértés és a kutatás arról, hogy az emberi mikrobiom miként modulálja közvetlenül vagy közvetve a gazda epigenetikai folyamatait, de nagy lehetőség rejlik a két terület együttes tanulmányozásában.
A kutatók hasonló módon próbálnak étrendi ajánlásokat adni a mikrobiom és annak emberi egészségre gyakorolt hatásának közvetlen befolyásolására. An az epigenomot megcélzó, individualizált táplálkozási terápia az egyik kívánt cél. Még csak most kezdjük feltárni, hogy egyes ételek milyen hatással vannak az epigenetikus utakra és a kapcsolódó patológiára.
Izgalmas kutatási eredmények biztosan érkeznek!
Ez a cikk a "A táplálkozás ereje" sorozat része.