НУТРИГЕНОМИКА

Подобно генетике (науке о генах) и геномике (науке о всем наследственном аппарате клетки), различают нутригенетику и нутригеномику, которые определяют как наследуемые индивиду­альные различия реакции организма на пищу [633].

• изучить, как влияет питание на метаболические процессы и го­меостатический контроль;

• выяснить, как эта регуляция изменяется на ранних стадиях болез­ней, ассоциированных с диетой;

• установить, в какой мере индивидуальные особенности генома связаны с патогенезом заболевания.

Своими корнями нутригеномика уходит в далекое прошлое. Еще 2 400 лет назад Гиппократ сказал: «Пища будет вашим лекарством, и пища излечит вас» (“... food be your medicine and medicine be your food”). Ему же принадлежит известное высказывание о том, что имен­но с помощью правильно подобранной диеты, а не каких-то лекарств, хороший врач должен исцелять больного.

В 1900 году Арчибальд Г аррод — основоположник биохимической генетики — предположил, что диета по-разному влияет на разных ин­дивидов. В 1956 году проф. Р. П. Вилльямс (R. P. Williams) суммиро­вал данные по нутригеномике в книге «Биохимическая индивидуаль­ность», которая включала в себя главу «Индивидуальность в питании».

В 2004 году Дж. Капут и Р. Л. Родригес опубликовали статью «Нут­ритивная геномика: следующий этап постгеномной эры» [532], в которой привели 5 основных постулатов, определяющих данное научно-практи­ческое направление:

• химические компоненты пищи прямо или косвенно влияют на ге­ном человека, изменяя работу генов;

• в определенных условиях и при определенном генотипе диета может стать важным фактором риска (плохое питание — риск болезней);

• некоторые гены, регулируемые диетой, определяют частоту, про­грессию и тяжесть болезни (степень их влияния определяется осо­бенностями индивидуального генома);

• индивидуальный геном определяет баланс между здоровьем и бо­лезнью;

• с помощью диеты можно активно влиять на работу генов (персона­лизированное питание для профилактики и лечения хронических болезней).

Действительно, хорошо известно, что именно химические компо­ненты пищи, так называемые нутриенты, являются самыми древними модуляторами генной экспрессии. В частности, у прокариотов четко по­казана регуляция работы соответствующих оперонов при действии кон­кретного химического вещества (лактоза, гистидин, триптофан и пр.). У многоклеточных организмов такая регуляция сильно усложняется наличием многочисленных клеточных, гормональных, нейрональных, иммунных и других факторов, определяющих работу генов. Однако и у них многие нутриенты — жирные кислоты, витамины, моносахариды, аминокислоты, нуклеотиды — могут непосредственно воздействовать на транскрипционные факторы (ТФ), вызывая экспрессию соот­ветствующих генов, воздействуя на их цисрегуляторные элементы. Они могут действовать и опосредованно через гормоны: инсулин, глюкагон, глюкокортикоиды, тироксин и пр. [533].

Уместно напомнить, что несмотря на значительное генетическое сходство всех жителей планеты вида ^mo sapiens (см.

Таким образом, основные генетические различия касаются уни­кальных особенностей генома каждого индивида. Они являются ре­альной материальной основой неповторимой биохимической инди­видуальности человека, определяющей не только его наследственную предрасположенность к различным заболеваниям, но и реакцию на различные внешние воздействия, в том числе и на химические компо­ненты пищи.

Нутригеномика, как наука об индивидуальной реакции организма на пищевые факторы, уже доказала свою полезность при лечении и профилактике многих заболеваний. Однако, в отличие от моногенной патологии, при которой тяжелые мутации напрямую определяют вы­сокую вероятность заболевания, генетический полиморфизм, широко представленный в популяции, только модулирует конечный фенотипи­ческий эффект. Как правило, аллельные варианты имеют сравнительно слабый эффект на уровне индивида, но могут оказывать существенное влияние на популяционный риск заболевания. Во многих странах нача­то специальное популяционное тестирование генетического полимор­физма с целью создания национальных банков данных, позволяющих проводить масштабные исследования для оценки влияния внешних факторов, в том числе и питания, на здоровье нации.

Национальные базы генетических данных уже имеются в Исландии (Iseland Health Sector Database), Великобритании (Biobank UK), Эстонии (Estonian Genome Project), США (Marshfield Personalized Medicine) [309].

Справедливости ради следует заметить, что нутригеномика как наука делает лишь первые шаги. Пока ученые, работающие в этой ис­ключительно перспективной и интересной области, переосмысливают на уровне генов и их продуктов уже известные факты взаимодействия пищевых метаболитов как регуляторов генной экспрессии.

Между тем взаимодействия диеты и генов пока хорошо охаракте­ризованы на уровне генов и белков только при ряде моногенных забо­леваний: непереносимость лактозы, фенилкетонурия, галактоземия, семейная гиперхолестеринемия. При этих болезнях не только иденти­фицированы соответствующие гены, но и охарактеризован спектр ос­новных мутаций. Значительно сложнее обстоит дело с такими поли­генными болезнями, как диабет (см. раздел 6.3), сердечно-сосудистые заболевания (см. раздел 6.5), остеопороз (см. раздел 6.2), ожирение и др. Уже существующие новые технологии — микрочипы, поиск обще­геномных ассоциаций с помощью карт гаплоидного генома (Genome Wide Association Studies — GWAS) [766], наконец, возможность полу­чать протеомные и метаболомные профили, создание эпигенетичес­ких карт функционирующего генома в разных тканях человека и на разных стадиях онтогенеза позволяют надеяться на быстрый прогресс нутригеномики уже в близком будущем.

Актуальность исследований по нутригеномике не вызывает сом­нения. Достаточно напомнить, что, согласно данным ВОЗ, в 2003 году причиной смерти в 30 % случаев были ССЗ и к 2010 году они станут главной причиной смертности населения земли. В 1998 году тучность была признана ВОЗ эпидемией XXI века. Уже тогда 1 мил­лиард людей планеты имел индекс массы тела более 25 кг/м², а у 300 млн человек он превысил 30 кг/м². По некоторым прогнозам, число тучных людей к 2030 году удвоится. Генетически детерминированы такие болезни, напрямую связанные с диетой, как коронарная бо­лезнь сердца (КБС), гипертония, диабет, ожирение, остеопороз. Счи­тается, что пищевые факторы ответственны примерно за 30 % всех раков, число которых прогрессивно возрастает, главным образом за счет увеличения числа пожилых людей. Как показали исследования близнецов, в возрасте 75 лет в 11-18 % случаев у них отмечается дискордантность в отношении колоректального рака, рака простаты и молочной железы. То есть, несмотря на идентичный геном, даже у близнецов по мере старения возникают заметные эпигенетичес­кие различия, обусловленные действием экзогенных, в том числе и пищевых, факторов. Можно ли и в каком объеме уже сейчас подоб­рать человеку индивидуальную, оптимальную для его генома диету? А если нет, что же тогда возможно в современной нутригеномике? Ответам на эти и другие вопросы, связанные с проблемой ген-диет- ных взаимодействий и посвящена данная глава.