Wpływ diety na geny, czyli dlaczego jesteś tym, co jesz

Wpływ diety na zdrowie jest nie do przecenienia. Funkcjonowanie organizmu, jego dobry stan i ryzyko zapadalności na choroby są w bardzo dużym stopniu zależne od sposobu odżywiania. Okazuje się, że dieta wpływa na epigenom – zestaw substancji specyficznych dla każdego organizmu, które mają zdolność przyłączania się do genów i wpływania na ich aktywność. Co więcej, najnowsze doniesienia naukowe wskazują, że dieta wpływa bezpośrednio na sekwencję DNA. Wraz z rozwojem nauki okazuje się, że powiedzenie "Jesteś tym, co jesz" nabiera coraz bardziej dosłownego znaczenia.

Spis treści

1. Zależność epigenomu od sposobu odżywiania
2. Wpływ diety na zdrowie: sekwencja DNA
3. Wpływ diety na zdrowie: przykłady potwierdzone badaniami naukowymi
4. Jak zdrowo schudnąć - rady psychodietetyka

Wraz z rozwojem medycyny i nauk o żywieniu coraz więcej mówi się o wpływie diety na zdrowie. Jakość i wartość odżywcza zjadanego pożywienia wpływa na procesy metaboliczne, wydzielanie hormonów, skład krwi, budowę błon i innych elementów komórkowych czy gęstość kości. W rzeczywistości kompleksowy stan organizmu jest w ogromnej mierze zależny od sposobu odżywiania. Wynika to m.in. z cyklicznego procesu umierania komórek budujących ciało i ciągłego powstawania nowych, do których budowy niezbędne są odpowiednie składniki odżywcze. Coraz liczniejsze doświadczenia naukowe pokazują, że poprzez sposób odżywiania można zmniejszyć ryzyko wielu chorób, nawet jeśli kogoś dotyczy obciążenie genetyczne. Powstaje przy tym pytanie, jak głęboko w strukturę organizmu człowieka może ingerować stosowana dieta. Zależność między pożywieniem a genami może być bardzo ścisła.

Zależność epigenomu od sposobu odżywiania

To, co jemy, przekłada się na zmiany w odczytywaniu materiału genetycznego i na sekwencję genów.

Materiał genetyczny oraz produkty wytwarzane na podstawie jego "odczytania" nie są stałe i niezmienne przez całe życie. Wpływa na nie wiele czynników, a do jednych z bardzo istotnych należy dieta, która modyfikuje epigenom. Na epigenom składają się różne substancje chemiczne i białka, które mają zdolność przyłączania się do DNA i modulowania jego aktywności przez "włączanie" i "wyłączanie" genów. Wpływają przez to na wytwarzanie lub zahamowanie produkcji poszczególnych białek w komórkach. Związki epigenomiczne nazywane są markerami (znacznikami). Nie zmieniają one sekwencji DNA, ale wpływają na sposób odczytania informacji zawartej w genie. Markery mogą być przekazywane z komórki do komórki, ulegać duplikacji i być dziedziczone przez kolejne pokolenia. Na epigenom można silnie wpływać poprzez dietę. Prawie wszystkie geny komórki są zależne od składników odżywczych dostarczanych z pokarmem, co potwierdzono w badaniach na drożdżach – bardzo prostych organizmach, jednak z podobnymi do ludzkich mechanizmami komórkowymi. Doświadczenie przeprowadzone przez Markusa Ralsera, biochemika z Uniwersytetu w Cambridge, pokazało, że składniki odżywcze uwalniane z żywności doprowadziły do zmiany funkcjonowania genów i produkcji białek. W klasycznym ujęciu to geny kontrolują sposób, w jaki substancje odżywcze dostarczone z dietą są wykorzystywane do budowy większych cząstek. Okazuje się, że może być odwrotnie – metabolizm komórkowy, dostępność składników odżywczych i sposób, w jaki zostają rozłożone, wpływa na aktywność genów.

Wpływ diety na zdrowie: sekwencja DNA

Najnowsze doniesienia naukowe pokazują, że wpływ diety jest jeszcze silniejszy. Nie tylko zmienia epigenom i wpływa na to, w jaki sposób materiał genetyczny zostanie "odczytany", ale może na stałe zmieniać sekwencję DNA. Dr Steven Kelly oraz jego doktorantka Emily A. Seward z Oxford's Department of Plant Sciences przeprowadzili doświadczenie na dwóch rodzajach mikroorganizmów pasożytniczych – bakteriach Mollicutes oraz eukariotach Kinetoplastida, które infekują różne gatunki roślin i zwierząt, a przez to żywią się zupełnie innymi składnikami. Przy tym ewolucyjnie mają wspólnego przodka, zatem ich materiał genetyczny jest zbliżony.

Jak kodowany jest materiał genetyczny?

Łańcuch DNA zbudowany jest z różnych elementów, a najważniejsze w omawianym doświadczeniu są zasady azotowe – adenina, guanina, cytozyna i tymina. Zależnie od kolejności zasad azotowych w łańcuchu DNA syntetyzowane są różne aminokwasy. Jeden aminokwas powstaje z wykorzystaniem trzech zasad azotowych sąsiadujących ze sobą (tryplet). Istotne jest, że w ludzkim DNA istnieją 64 różne tryplety, które kodują 20 aminokwasów. Oznacza to, iż jeden aminokwas może być kodowany przez różne tryplety.

Badanie, którego wyniki opublikowano na łamach "Genome Biology", pokazało, że w zależności od dostępności azotu w diecie zmienia się sekwencja DNA mikroorganizmów doświadczalnych. Im dieta bogatsza w azot (wysokobiałkowa), tym więcej w materiale genetycznym znajduje się zasad o dużej zawartości azotu. Natomiast dieta uboga w azot (z dużym udziałem węglowodanów) powoduje, że preferowane są zasady z mniejszą zawartością azotu. Mimo tych różnic w łańcuchu DNA nadal kodowane są te same geny, ponieważ zmiany sekwencji zasad azotowych zachodzą tylko w ramach trypletów, które kodują takie same aminokwasy.

Wyniki doświadczenia pokazały dotychczas nieodkrytą relację między metabolizmem komórkowym a zmianami ewolucyjnymi, które są konsekwencją zmian zachodzących w łańcuchu DNA. Dają wstępną informację, w jaki sposób materiał genetyczny może się zmieniać pod wpływem adaptacji organizmu do różnych diet. Wyjaśnia także, dlaczego blisko spokrewnione organizmy mają tak odmienne DNA. Co więcej, okazuje się, że na podstawie analizy materiału genetycznego można określić rodzaj diety blisko spokrewnionych organizmów. Zmieniony pod wpływem diety metabolizm komórkowy jest tylko jednym z elementów wpływających na sekwencję genów, jednak zależność ta jest bardzo silna i potwierdza popularne stwierdzenie, że rzeczywiście jesteśmy tym, co jemy.

Wpływ diety na zdrowie: przykłady potwierdzone badaniami naukowymi

Dieta ojca wpływa na zdrowie potomstwa, ponieważ w spermie przekazywana jest informacja epigenetyczna dotycząca m.in. metylacji DNA.

• Naukowcy z Cornell Univeristy poprzez analizę danych zawartych w materiałach "1000 Genoms Project" odkryli dowód na to, iż dieta wegetariańska stosowana przy nieprawidłowej proporcji kwasów omega-6 do kwasów omega-3 dostarczanych wraz z pożywieniem, zwiększa ryzyko przewlekłych stanów zapalnych, które są przyczyną chorób serca i raka jelita grubego. Jest to pierwsze odkrycie wskazujące na mutację konkretnego genu spowodowaną dietą. Na podstawie analizy danych wyciągnięto wniosek, iż dieta wegetariańska stosowana przez wiele pokoleń w populacji dystryktu Puna w Indiach mogła spowodować dużo częstszą mutację genu odpowiedzialnego za metabolizm długołańcuchowych wielonienasyconych kwasów tłuszczowych.

• Na podstawie doświadczeń z 2011 roku dotyczących roślinnego mikroRNA (rodzaju materiału genetycznego) wykazano ścisły związek pomiędzy biochemią pożywienia a biochemią organizmu, który je zjada. U zwierząt laboratoryjnych, a także u ludzi wykryto krążące w ich krwi cząsteczki roślinnego mikroRNA, który wpływa na ekspresję genów, czyli na proces, w którym z materiału genetycznego powstają zapisane w nim produkty. Naukowcy z Nanjing University odkryli, że najczęściej występującym mikroRNA we krwi Chińczyków biorących udział w badaniu było RNA z ryżu – podstawowego składnika diety. W badaniu na myszach wykazano, że mikroRNA z ryżu wiąże się z informacyjnym RNA zwierzęcia, przez co zapobiega ekspresji konkretnego genu. Doświadczenie pokazało, że obecność mikroRNA powodowała zmniejszenie ilości w wątrobie receptorów odpowiedzialnych za usuwanie "złego" cholesterolu LDL i wzrost poziomu LDL we krwi.

• W wyniku analizy badań epidemiologicznych i molekularnych stwierdzono, że dieta kobiety ciężarnej wpływa na jej epigenom oraz na epigenom płodu, a w konsekwencji ma długofalowe oddziaływanie na zdrowie dziecka. Według Karen Lillycrop, specjalistki żywienia prenatalnego z Uniwersytetu w Southampton, od sposobu odżywiania matki zależy ryzyko zachorowania u dziecka na insulinooporność, cukrzycę typu 2, nadciśnienie, choroby serca oraz ryzyko otyłości.

• Epigenom zmieniony w wyniku sposobu odżywiania ojca może oddziaływać na metabolizm, rozwój układu odpornościowego i ryzyko chorób dziecka.

Źródła:

1. Seward E.A., Kelly S., Dietary nitrogen alters codon bias and genome composition in parasitic microorganisms, Genome Biology, 17:226, doi:10.1186/s13059-016-1087-9Scientists uncover genetic evidence that "we are what we eat", https://www.sciencedaily.com/releases/2016/11/161115111720.html
2. Caspermeyer J., Are We What We Eat? Evidence of a Vegetarian Diet Permanently Shaping the Human Genome to Change Individual Risk of Cancer and Heart Disease, Molecular Biology and Evolution, 2016, doi: 10.1093/molbev/msw076
3. What you eat affects your genes: RNA from rice can survive diegstion and alter gene expression, http://blogs.discovermagazine.com/80beats/2011/09/21/what-you-eat-affects-your-genes-rna-from-rice-can-survive-digestion-and-alter-gene-expression/#.WGoKVPnhDIU
4. Hunter P., We are what we eat. The link between diet, evolution and non-genetic inheritance, EMBO Reports, 2008, 9(5), 413-415
5. http://articles.mercola.com/sites/articles/archive/2016/02/22/you-are-what-you-eat.aspx

Jak zdrowo schudnąć - rady psychodietetyka

Każdy z nas marzy o szczupłej i zgrabnej sylwetce. Jednak nie wszystkie sposoby na odchudzanie są dobre dla naszego zdrowia. W jaki sposób mądrze i zdrowo się odchudzać? Posłuchajcie naszego eksperta - psychodietetyka i coacha zdrowia Elżbiety Lange.

Aleksandra Żyłowska-Mharrab, dietetyk, technolog żywności, edukator