Наука, медицина та майбутнє Харчова геноміка
Руан Елліот
a Institute of Food Research, Norwich Research Park, Colney, Norwich NR4 7UA, b Development of Clinical Research, TNO BIBRA, Carshalton SM5 4DS
Тен Джин Онг
a Institute of Food Research, Norwich Research Park, Colney, Norwich NR4 7UA, b Development of Clinical Research, TNO BIBRA, Carshalton SM5 4DS
Співавтори: Ця стаття була розроблена, розроблена та написана RE та TJO, які є її гарантами. Професор Сью Саутон допомагала у його підготовці, надаючи інформацію та редакційні поради. Учасники недавнього семінару з питань нутрігеноміки, що фінансується Європейською Комісією, Генеральним директором з досліджень, внесли свій внесок у основні концепції в ході своїх обговорень на засіданні.
Зв’язок між дієтою та здоров’ям добре встановлений, але відновлення інтересу до того, які дієтичні компоненти є біологічно активними та як вони впливають, підсилюється розвитком харчової геноміки. Харчова геноміка - це застосування високопродуктивних функціональних геномних технологій у дослідженнях харчування. Ці технології можуть бути інтегровані з базами даних геномних послідовностей 1 та міжіндивідуальною генетичною мінливістю, 2 що дозволяє паралельно вивчати процес експресії генів для багатьох тисяч різних генів. Такі методи можуть полегшити визначення оптимального харчування на рівні популяцій, певних груп та окремих людей. Це, у свою чергу, повинно сприяти розробці методів лікування харчовими продуктами та функціонально покращених продуктів для покращення здоров’я.
Цей огляд обговорює як науку, так і її потенціал.
Підсумкові пункти
Дієта істотно впливає на хронічні захворювання та здоров'я, а функціональні геномні методи можуть дозволити визначити біоактивність харчових компонентів
Визначення цих видів діяльності дозволить покращити стан здоров'я шляхом модифікації та збагачення дієти, нових продуктів харчування та “нутрицевтиків”
Проблеми полягають в оптимальній структурі досліджень харчових продуктів та в ефективному маніпулюванні величезним набором даних
Тепер можна визначити генні поліморфізми, які схиляють людей до захворювань та змінюють харчові потреби
Характеристика таких генних поліморфізмів дозволить орієнтуватись на рекомендації щодо харчування та лікування на групи, що перебувають у групі ризику
Методи
Ця стаття заснована на огляді літератури та нашому поєднаному особистому досвіді 19 років роботи у клінічних дослідженнях та дослідженнях молекулярного харчування. Він також спирається на думки щодо консенсусу щодо майбутніх викликів та можливостей, досягнутих на недавньому семінарі, що фінансується ЄС з питань генетики харчування, організованому Інститутом харчових досліджень.
Вплив дієти на наше здоров’я
Докази того, що дієта є ключовим фактором навколишнього середовища, що впливає на частоту розвитку багатьох хронічних захворювань, надзвичайні. 3, 4 Про точний ступінь цього внеску важко судити, але зменшення на 35% стандартизованої за віком захворюваності на рак у Сполучених Штатах пропонується досягти за допомогою "практичних дієтичних засобів". 5 Очевидно, що існує можливість отримати величезні соціально-економічні вигоди завдяки успішній характеристиці та експлуатації факторів, що сприяють зміцненню здоров'я у харчових продуктах. Спектр населення, який зможе отримати користь від таких досліджень, буде залежати від того, як ця інформація використовується вченими, харчовою промисловістю та політиками.
Як дієтична геноміка може допомогти досягти цих цілей?
Їжа, яку ми вживаємо, містить тисячі біологічно активних речовин, багато з яких можуть мати потенціал, щоб забезпечити значну користь для здоров'я. 3, 6 Справді, кілька сполук, отриманих з їжею, таких як сульфорафан, куркумін, лікопін та поліфеноли чаю, є одними з найбільш перспективних хіміопрофілактичних засобів, що оцінюються. 7
Повна кількість біологічно активних компонентів у нашому раціоні невідома, і наше розуміння механізмів їх дії ще більш обмежене. Значна частина доступних даних була отримана в результаті досліджень in vitro з очищеними сполуками у формах та концентраціях, яким тканини нашого тіла можуть ніколи не піддаватися. Незважаючи на те, що ця робота дає вихідну точку, для інтерпретації результатів необхідні більш фізіологічно відповідні модельні системи - включаючи характеристику ступеня та швидкості всмоктування, розповсюдження тканин та конкретне націлювання метаболічно важливих сполук, а також всебічні дослідження впливу часу та дози. справжній потенціал цих складових. Крім того, дослідження харчування традиційно зосереджуються на окремих проблемах (таких як зниження ризику серцево-судинних захворювань або раку) у осіб, що перебувають у групі ризику, тоді як те, що нам потрібно вирішити, це питання про всі можливі наслідки дії конкретних компонентів їжі на генетично неоднорідну населення. Це особливо важливо для визначення непередбачуваного ризику, а також передбачуваної вигоди.
Функціональні геномні технології
Ряд технологій становить практичну основу харчової геноміки (рис (рис. 1 1). 8 - 10 Вони все ще в значній мірі не перевірені в науці про дієтологію, але їх потенціал підкреслюється їх швидким впровадженням у таких галузях, як фармацевтична, токсикологічна та клінічна Як і у цих дисциплінах, основні виклики для харчової геноміки полягають у розробці значущих досліджень з використанням цих методів; у розробці досліджень, здатних розшифрувати складні взаємодії між генетичними відмінностями індивідів, схильністю до захворювань та геном сполук взаємодії, а також інтеграція та опитування величезних наборів даних, які дадуть такі дослідження.
Словник термінів
Масиви ДНК - аналітичні інструменти для вимірювання відносної кількості тисяч видів РНК у клітинних або тканинних зразках. Іноді його називають «транскриптомікою», при цьому транскриптом є повноцінним доповненням видів РНК, що продукуються з геному організму
Геноміка - вивчення всіх послідовностей нуклеотидів, включаючи структурні гени, регуляторні послідовності та некодуючі сегменти ДНК, у хромосомах організму
Функціональна геноміка - Застосування глобальних (загальногеномних або загальносистемних) експериментальних підходів для оцінки функції генів
Метаболоміка (метабономіка) - Застосування загальносистемних методів (як правило, заснованих на ядерному магнітному резонансі) для метаболічного профілювання. Деякі використовують термін метаболоміка для охоплення аналізів як у простих (клітинних), так і в складних (тканини або ціле тіло) системах. Інші розрізняють дослідження “метаболоміки” лише у простих системах та “метабономіку” у складних системах
Харчова геноміка - Застосування функціональних геномічних підходів до досліджень харчування
Протеоміка - вивчення повного комплексу білків, які можуть експресуватися в організмі (протеоми). Найпоширеніший практичний підхід включає порівняльний аналіз клітинних або тканинних білкових профілів, візуалізованих за допомогою двовимірного гель-електрофорезу та проаналізованих за допомогою мас-спектрометрії вибраних видів білків
Однонуклеотидний поліморфізм (SNP) - найпоширеніша форма генетичної мінливості в геномі людини, що відповідає заміні одного нуклеотиду в послідовності ДНК