Nutrigenetyka – żywienie zgodne z genami

Nutrigenetyka to dziedzina nauki, która zajmuje się badaniem związku między genami a żywieniem człowieka. Nutrigenetyka zakłada, że zalecenia żywieniowe nie mogą być takie same dla całej populacji, gdyż jesteśmy różni pod względem genetycznym. Czym dokładnie jest nutrigenetyka i czy warto żywić się zgodnie z własnymi genami?

Spis treści

1. Nutrigenetyka - co to jest?
2. Nutrigenetyka - czym są polimorfizmy genetyczne?
3. Nutrigenetyka - jak szuka się związków między żywieniem a chorobami
4. Nutrigenetyka - na czym polega badanie nutrigenetyczne?
5. Nutrigenetyka - co wykrywa badanie nutrigenetyczne?
6. Nutrigenetyka - zastosowanie w medycynie
7. Nutrigenetyka - czy jesteśmy gotowi na dietę opartą o geny?

Nutrigenetyka - co to jest?

Nutrigenetyka to nowa dziedzina nauki, która bada wpływ różnic genetycznych (polimorfizmów) na odpowiedź organizmu na składniki pokarmowe oraz ryzyko wystąpienia chorób dietozależnych. Zalecenia dotyczące dziennego spożycia składników odżywczych takich jak np. witaminy są tworzone w oparciu o badania na ogólnej populacji i w rzeczywistości nie uwzględniają indywidualnych potrzeb każdego organizmu wynikających m. in. z różnic genetycznych. Zatem głównym założeniem nutrigenetyki jest indywidualizacja diety w taki sposób,aby leczyć i zapobiegać chorobom dietozależnym.

Nutrigenomika – pokrewna dziedzina nutrigenetyki, która zajmuje się wpływem składników pokarmowych na ekspresję genów.

Nutrigenetyka - czym są polimorfizmy genetyczne?

Polimorfizmy genetyczne to niewielkie zmiany w genomie, których następstwem jest występowanie różnych wariantów genów w populacji człowieka, co z kolei wpływa na fenotyp, czyli to jak każdy z nas wygląda i odpowiada na czynniki środowiskowe. Polimorfizmy genetyczne mogą wpływać na metabolizm białek, węglowodanów, tłuszczów, witamin oraz ryzyko rozwoju chorób.

Najpowszechniejsze w genomie człowieka są polimorfizmy pojedynczego nukleotydu (SNPs, ang. Single Nucleotide Polymorphisms) i opisano ich ponad 11 milionów.

Nutrigenetyka - jak szuka się związków między żywieniem a chorobami

Szukanie genów odpowiedzialnych za takie choroby jak otyłość, czy schorzenia sercowo-naczyniowe to jak szukanie przysłowiowej igły w stogu siana. Genom ludzki zawiera około 25 000 genów i bardzo rzadko zdarza się, aby informacja w jednym genie wpływała tylko na jedną cechę. Dodatkowo skomplikowane procesy regulacji ekspresji genów zależne m. in. od czynników środowiskowych nie pozwalają w sposób jednoznaczny wskazać, że np. gen A wpływa na metabolizm witaminy D.

Dlatego w badaniach genetycznych najpierw typuje się tzw. genów kandydatów, które następnie są szczegółowo badane przez naukowców. Wytypowanie genów kandydatów do badań nutrigenetycznych dokonuje się przy użyciu badań asocjacyjnych całego genomu (GWAS, ang. genome-wide association study). Polegają one na badaniu bardzo dużych populacji (np. 200 000 osób) z wybraną cechą (chorobą) oraz grupy kontrolnej bez badanej cechy (choroby). Następnie genom badanych osób jest „przeszukiwany” pod kątem polimorfizmów genetycznych i porównywany z osobami z grupy kontrolnej. Oczywiście geny wyłonione w takich badaniach mogą być tylko potencjalnie związane z daną cechą (chorobą) i aby wykazać ich związek przyczynowo-skutkowy potrzeba dalszych badań podstawowych i klinicznych.

Nutrigenetyka - na czym polega badanie nutrigenetyczne?

Badanie nutrigenetyczne przeprowadza się podobnie jak inne badania genetyczne. Do jego wykonania jest potrzebne DNA badanej osoby pobrane przez wymaz z policzka lub próbkę śliny. Pobiera się także krew żylną, z której w laboratorium separuje się limfocyty. Następnie z pobranych komórek izoluje się DNA. Do bezpośredniego wykrywania polimorfizmów genetycznych z DNA stosuje się metody biologii molekularnej jak reakcja łańcuchowa polimerazy (PCR) i sekwencjonowanie metodą Sangera. Wynik badania otrzymuje się po ok. 3 tygodniach.

Nutrigenetyka - co wykrywa badanie nutrigenetyczne?

Badanie nutrigenetyczne wykrywa polimorfizmy genetyczne w wybranych genach. W celu ułatwienia identyfikacji polimorfizmów każdemu z nich został nadany numer identyfikacyjny, który rozpoczyna się od liter „rs” np. rs4988235 dla polimorfizmu genu LCT (gen kodujący laktazę – enzym rozkładający laktozę). Jeśli badanie nutrigenetyczne bada właśnie ten gen, na wyniku powinna znajdować się informacja o numerze badanego polimorfizmu oraz wykrytym u pacjenta wariancie ryzyka. I tak np. osoba z wariantem ryzyka C/C ma obniżoną aktywność laktazy i posiada kilkukrotnie wyższe ryzyko nietolerancji laktozy, niż osoba bez wariantu ryzyka (C/T lub T/T). Jeśli po wypiciu mleka u takiej osoby występują objawy nietolerancji laktozy jak wzdęcia, czy biegunka powinna ona wyeliminować ze swojej diety produkty zawierające laktozę.

Nutrigenetyka - zastosowanie w medycynie

Żywienie zgodnie z genami jest znane w medycynie od dawna. Oprócz wspomnianej nietolerancji laktozy, innym klasycznym przykładem jest fenyloketonuria. Choroba ta jest związana z genetycznym deficytem enzymu hydroksylazy fenyloalaninowej, co skutkuje gromadzeniem się w ustroju fenyloalaniny. Z uwagi na to u chorych na fenyloketonurię stosuje się dietę niskofenyloalaninową.

Celiakia - choroba trzewna. Wykazano, że osoby z celiakią są nosicielami specyficznych polimorfizmów w genach kodujących białka układu zgodności tkankowej (HLA-DQ2 i HLA-DQ8), które predysponują ich układ odpornościowy do rozpoznawania glutenu jako coś obcego. W następstwie dochodzi do aktywacji limfocytów T i limfocytów B, które wytwarzają przeciwciała przeciwko własnym tkankom. W przypadku celiakii czynnikiem wyzwalającym reakcję jest żywność zawierająca gluten, a jego eliminacja z diety powoduje reemisję choroby.

Metabolizm folianów i polimorfizmy genu MTHFR. Gen MTHFR koduje enzym reduktazę 5,10-metylenotetrahydrofolianową uczestniczący w metabolizmie folianów. Natomiast foliany są niezbędne w procesie przemiany toksycznej homocysteiny do metioniny, która z kolei ulega przemianie do S-adenozylometioniny (SAM). SAM jest ważnym źródłem grup metylowych dla różnych szlaków biochemicznych. Dlatego niedobór folianów może mieć wielokierunkowy, niekorzystny wpływ na organizm.

Badania wykazały, że niektóre polimorfizmy genu MTHFR jak rs1801133 mogą obniżać aktywność enzymatyczną białka MTHFR nawet o 70%, wpływając tym samym na biodostępność folianów dla szlaków biochemicznych. W ostatnich kilku latach pojawiło się wiele publikacji wiążących polimorfizmy genu MTHFR z chorobami przewlekłymi. Z tego względu w ostatnim czasie mogliśmy obserwować „modę” na wiązanie polimorfizmów genu MTHFR z takimi chorobami jak depresja, zawał mięśnia sercowego, czy problemami zajściem w ciążę. Z uwagi na to, w 2017 r. eksperci Polskiego Towarzystwa Genetyki Człowieka oraz Polskiego Towarzystwa Ginekologów i Położników wydali stanowisko, w którym stwierdzili, że „ocena wariantów polimorfizmów genu MTHFR ma małą wartość predykcyjną w diagnostyce przeprowadzanej pod kątem przyczyn nawracających poronień, ryzyka urodzenia się dziecka z wadą rozwojową ośrodkowego układu nerwowego, aberracjami chromosomowymi, w tym z zespołem Downa, ryzyka wystąpienia zakrzepicy w obrębie naczyń żylnych, w tym żył głębokich, udarów niedokrwiennych mózgu, choroby wieńcowej, wybranych typów chorób afektywnych, zaburzeń rozwoju psychosomatycznego i niepełnosprawności intelektualnej lub niektórych chorób nowotworowych.”

Niemniej jednak Polskie Towarzystwo Ginekologów i Położników u kobiet planujących ciążę i ciężarnych ze zmniejszoną aktywnością enzymu MTHFR (m. in. z powodu polimorfizmów genu MTHFR) zaleca spożycie folianów w dawce 0,4 mg/dobę powiększone o kolejne 0,4 mg, najlepiej w formie aktywnych folianów.

Reasumując, niekorzystne warianty genu MTHFR nie będą wpływały bezpośrednio na ryzyko wystąpienia chorób np. udaru niedokrwiennego mózgu, ale na biodostępność folianów w organizmie i ich ewentualny niedobór. Indywidualizacja żywienia polega tutaj na dodatkowym przyjmowaniu przez osoby z grupy ryzyka aktywnych form folianów (najlepiej razem z witaminą B12) i ewentualnym monitowaniu ich poziomu we krwi.

Powyższy przykład pokazuje również, że nie możemy ekstrapolować wyników badań nad metabolizmem pojedynczego składnika pokarmowego (w tym przypadku kwasu foliowego) na ryzyko wystąpienia chorób związanych z jego niedoborem.

Otyłość i gen FTO. Zastosowanie badań nutrigenetycznych w chorobach o dużo bardziej złożonej etiopatogenezie, takich jak np. otyłość jest bardziej skomplikowane, pomimo że wiemy iż 70% różnić w masie ciała mierzonej wskaźnikiem masy ciała (BMI, ang. body mass index) może być uwarunkowane przez geny. Dużo łatwiej jest z chorobami zależnymi od pojedynczego genu jak wspomniana wcześniej fenyloketonuria. Oczywiście opisano tzw. otyłość monogenową, która skutkuje otyłością olbrzymią już we wczesnym dzieciństwie. Jednak występuje ona zaledwie u kilku procent populacji.

W kontekście nutrigenetyki mówi się o tzw. otyłości poligenowej, która może odpowiadać nawet za 90% przypadków otyłości. Pierwszym odkrytym i jednocześnie najlepiej przebadanym genem predysponującym do otyłości jest gen FTO. Badania wykazały, że nosiciele niekorzystnego wariantu polimorfizmu rs9939609 genu FTO mają masę ciała większą o ok. 3 kg, niż osoby bez wariantu ryzyka, a ryzyko wystąpienia u nich otyłości jest 1,67 razy większe.

Najbardziej interesujące z punktu widzenia badań nutrigenetycznych jest „wrażliwość” polimorfizmów genu FTO na zmiany stylu życia. Wykazano, że osoby chore na otyłość z niekorzystnymi wariantami genu FTO, oprócz tego że są bardziej podatne na niekorzystny wpływ zachodniego stylu życia i tym samym predysponowane do otyłości, mogą w bardziej efektywny sposób zredukować masę ciała poprzez wprowadzenie odpowiedniej diety i aktywności fizycznej, niż osoby bez wariantów ryzyka.

Jednak pomimo tak wielu zachęcających badań klinicznych przeprowadzonych na wielotysięcznych populacjach, wskazujących że predyspozycje do otyłości mogą być zapisane w genach, to „otyłogenne” środowisko jest niezbędne do ujawnienia się fenotypu otyłości.

To że, posiadamy niekorzystne warianty „genów otyłości” nie oznacza, że musimy być otyli. Pamiętajmy - pojedyncze badanie nie „odchudza", a badanie nutrigenetyczne może stanowić tylko jeden z wielu elementów terapii osoby chorej na otyłość.

Nutrigenetyka - czy jesteśmy gotowi na dietę opartą o geny?

Niektóre osiągnięcia nutrigenetyki udało się wdrożyć z powodzeniem do schematów diagnostycznych np. celiakii, nietolerancji laktozy lub do zindywidualizowania suplementacji (kwas foliowy i gen MTHFR). Jednak w przypadku chorób złożonych jak otyłość, czy chorób sercowo-naczyniowe wdrożenie osiągnięć nutrigenetyki jest o wiele bardziej skomplikowane, niż w przypadku chorób zdeterminowanych przez pojedyncze geny. Dlatego ogromna liczba danych zebrana w badaniach GWAS musi wciąż zostać poddana bardziej szczegółowym badaniom klinicznym.

Problemem jest też to, że wielu specjalistów nie posiada wciąż wystarczającej wiedzy w zakresie odżywiania i/lub genetyki, aby w prawidłowy sposób interpretować badania nutrigenetyczne i udzielać na jego podstawie porad dotyczących żywienia.

Kluczowe we właściwej interpretacji wyniku badania nutrigenetycznego jest to aby zrozumieć, że bada ono jedynie predyspozycje danej osoby do określonego stanu patofizjologicznego lub choroby. W przypadku celiakii tylko kilka procent osób z ryzykownymi wariantami genów HLA-DQ2 i HLA-DQ8 zapada na celiakię. Dlatego ich obecność nie oznacza automatycznie stwierdzenia celiakii, jednak osoba taka może wdrożyć odpowiednie zalecenia aby uniknąć rozwoju choroby.

Dlaczego tak się dzieje? Na predyspozycje i ujawnienie się fenotypu choroby ogromny wpływ mają czynniki środowiskowe. Dlatego badanie nutrigenetyczne (podobnie zresztą jak większość badań laboratoryjnych) nie można interpretować w oderwaniu od wywiadu z pacjentem, obrazu klinicznego i innych badań. Interpretując wynik badania nutrigenetycznego należy zakładać, że dany wariant wywoła u pacjenta z jakimś prawdopodobieństwem efekt, który najczęściej jest oceniany w dużych badaniach klinicznych.

Piśmiennictwo:

1. Moczulska H. i wsp. Stanowisko ekspertów Polskiego Towarzystwa Genetyki Człowieka i Polskiego Towarzystwa Ginekologów i Położników w sprawie zlecania i interpretacji wyników badań pod kątem wariantów genetycznych w genie MTHFR. Ginekologia i Perinatologia Praktyczna 2017, 2, 5, 234–238. 2. Bomba-Opoń D. i wsp. Suplementacja folianów w okresie przedkoncepcyjnym, w ciąży i połogu. Rekomendacje Polskiego Towarzystwa Ginekologów i Położników Ginekologia i Perinatologia Praktyczna 2017, 2, 5, 210–214. 3. Frayling T.M. i wsp. A common variant in the FTO gene is associated with body mass index and predisposes to childhood and adult obesity. Science. 2007 May 11;316(5826):889-94. 4. Kohlmeier M. i wsp. Guide and Position of the International Society of Nutrigenetics/Nutrigenomics on Personalized Nutrition: Part 2 - Ethics, Challenges and Endeavors of Precision Nutrition. J Nutrigenet Nutrigenomics. 2016, 9, 1, 28-46. 5. El-Sohemy A. Nutrigenetics. Forum Nutr. 2007;60:25-30. 6. Karabin K. Indywidualizacja zaleceń żywieniowych u osób otyłych w oparciu o badanie genetyczne. 18/2018 Współczesna Dietetyka 7. Marcinkowska M. i Kozłowski P. Wpływ polimorfizmu liczby kopii na zmienność fenotypową człowieka. Postępy Biochemii. 2011, 57, 3, 240-248.

dr n. med. Karolina Karabin