Riunione Nazionale SINU NUTRIZIONE: PERIMETRI E ORIZZONTI Roma, 20-21 Ottobre 2014 Le scienze ‘omiche’ nel perimetro della nutrizione: santo Graal o torre di Babele? Alessandra Bordoni, Francesco Capozzi Dipartimento di Scienze e Tecnologie Agro-Alimentari Alma Mater Studiorum Università di Bologna (sede di Cesena) Nutrizione e salute • Nutrizione adeguata: modo più efficace e meno costoso per ridurre l’entità delle malattie correlate all’alimentazione (DRD) e dei fattori di rischio associati • La ricerca nutrizionale ha grandi potenzialità per contribuire a migliorare la salute delle generazioni future…se sfrutterà nuovi sviluppi e tecnologie 1 Nuovi strumenti per la ricerca nutrizionale Secondo l’American Society for Nutrition: • scienze omiche, • bioinformatica, • database, • biomarkers Ohlhorst SD, Russell R, Bier D, et al. Nutrition research to affect food and a healthy life span. Am J Clin Nutr 2013; 98:620–625. Cosa sono le scienze omiche, e come usarle in nutrizione? Il suffisso -oma indica la totalità di quanto indicato nel prefisso. Le scienze -omiche studiano la totalità del corrispondente -oma Nutrition Food Food domain Nutrition domain Foodomica La foodomica è un nuovo approccio olistico che applica le tecniche omiche alle scienze degli alimenti ed alla scienza dell’alimentazione umana al fine di migliorare la nutrizione e lo stato di salute. Bordoni A, Capozzi F. Foodomics: a new comprehensive approach to food and nutrition. Genes Nutr 2013; 8:1–4. 2 Epigenetica • Studio delle modifiche chimiche a carico del DNA o regioni limitrofe (metilazione del DNA, acetilazione degli istoni, RNA non codificanti) che regolano l’accesso dei fattori di trascrizione e lo stato di attivazione funzionale dei geni. • Nutri-epigenetica: studia come l’esposizione a particolari nutrienti durante lo sviluppo possa “programmare” a lungo termine la salute ed il benessere la disponibilità di cibo durante la gravidanza ha effetti permanenti sull’espressione genica del bambino ? • la nutrizione nelle prime fasi di vita contribuisce ai successivi fabbisogni nutrizionali? • La nutri-epigenetica potrà identificare gli individui suscettibili all’obesità o ad altre malattie legate all’alimentazione? Potrà servire per formulare raccomandazioni dietetiche personalizzate? Nutrigenetica • Studia il ruolo delle variazioni genetiche nella risposta a determinati nutrienti. • Dalla creazione dell’uomo, la dieta ha regolato l’espressione genetica, con la selezione di un fenotipo in grado di sfruttare al meglio le risorse alimentari presenti • Questo adattamento è stato alla base dello sviluppo del genere umano 3 Nutrigenetica • Inizialmente valutato un numero ristretto di polimorfismi (SNP,single-nucleotide polymorphisms). • Identificate varianti genetiche che influenzano il metabolismo di specifici nutrienti, ma esse non sono state associate in maniera definitiva al rischio di malattie • Il metabolismo di un nutriente, e le sue conseguenze sulla salute, sono influenzati da multipli SNP sullo stesso gene o su geni diversi dello stesso pathway metabolico Nutrigenetica • Un variazione genetica non sempre influenza direttamente il rischio individuale di malattia. E’ una variazione potenziale che si esprime solo in presenza di certe condizioni dietetiche • In una popolazione, la diversa assunzione del nutriente che interagisce con i geni varianti può permettere o nascondere il loro effetto • In una popolazione l’associazione tra uno specifico SNP ed una conseguenza sulla salute può essere evidenziata o meno, dipendentemente dall’assunzione del fattore dietetico moderante. 4 Nutrigenomica • E’ lo studio dell’influenza dei nutrienti o componenti di alimenti sull’espressione dei geni (nutri-trascrittomica). • Può valutare l’influenza di singoli componenti dietetici sull’espressione di singoli geni, fino ad arrivare alla valutazione dell’espressione del genoma (genome-wide association studies, GWAS). • Grazie a GWAS e ad enormi meta-analisi è possibile esaminare l’interazione tra fattori dietetici e l’espressione di migliaia di geni, tenendo in considerazione migliaia di SNPs, ed il tratto fenotipico di interesse (es. l’obesità). • Numero di studi ancora limitato. Nutrigenomica Nello studio di Bouchard-Mercier et al. è stato valutato il pattern dietetico (tramite FFQ) di 244 volontari canadesi. Identificati due diversi pattern: “prudent” (elevata introduzione di frutta, verdura, cereali integrali e bassa introduzione di cereali raffinati) “western” (elevata introduzione di cereali raffinati, dolci e carne trasformata) Analizzata l’espressione di 47.231 trascritti (mRNA) Il profilo di espressione genica è apparso diverso in accordo al pattern dietetico. Bouchard-Mercier A, Paradis AM, Rudkowska I, et al. Associations between dietary patterns and gene expression profiles of healthy men and women: a cross-sectional study. Nutr J 2013; 12:24. 5 Limitazioni • Una delle maggiori limitazioni è il valido riconoscimento del fenotipo dietetico. • Variazioni dietetiche possono mascherare un’associazione poichè determinano effetti diversi nelle diverse sottopopolazioni. • Nonostante i progressi della nutrigenomica, l’assessment dell’intake dietetico rimane inadeguato Tucker KL, Smith CE, Lai CQ, et al. Quantifying diet for nutrigenomic studies. Annu Rev Nutr 2013; 33:349–371 . Valutazione dell’apporto dietetico • I metodi per misurare l’intake dietetico sono associati ad errori casuali ed errori sistematici, associati alle tabelle di composizione, ai questionari, alla dimensione delle porzioni, alla variazione giornaliera della dieta, agli sbagli nel riportare i consumi. Bingham SA. Biomarkers in nutritional epidemiology. Public Health Nutr 2002; 5:821– 827. • I volontari sottostimano l’intake sia perchè non ricordano esattamente quanto hanno mangiato sia perchè non valutano specifici componenti della dieta (es. grassi di condimento). Lloyd AJ, Beckmann M, Haldar S, et al. Data-driven strategy for the discovery of potential urinary biomarkers of habitual dietary exposure. Am J Clin Nutr 2013; 97:377–389. 6 I biomarker di introduzione • E’ possibile ottenere informazioni esatte sull’intake dietetico grazie al riconoscimento di specifici biomarker in campioni biologici (proteine – proteomica, lipidi – lipidomica, metaboliti – metabolomica). • Questi biomarker riflettono strettamente l’introduzione di uno specifico alimento. Beaton GH, Burema J, Ritenbaugh C. Errors in the interpretation of dietary assessments. Am J Clin Nutr 1997; 65:1100S–1107S. Perché servono dei biomarker • L’introduzione di un nutriente viene calcolata dalle tabelle di composizione, che non tengono conto dei fattori che influenzano la composizione di un alimento (genotipo, tecniche agronomiche/allevamento, freschezza, trasformazione) • Usando le tabelle di composizione non viene tenuto in conto quello che accade a livello gastro-intestinale (digestione, microbiota, assorbimento). • Ovviamente, quando un biomarker è associato all’introduzione di un alimento specifico occorre prestare attenzione alla possibile interferenza di altri prodotti consumati all’interno della dieta 7 OMICS EVALUATION OF BIOFLUIDS Biomarker di intake nutrizionale Adattata da Beckmann M, Lloyd AJ, Haldar S, et al. Dietary exposure biomarker-lead discovery based on metabolomics analysis of urine samples. Proc Nutr Soc 2013; 72:352–361. 8 Metabolomica • Studia le variazioni del profilo dei metaboliti di un individuo, anche in relazione alla sua dieta (nutrimetabolomica). • Definizione del fenotipo metabolico “standard” in condizioni di salute e in presenza di patologie, • Impatto delle modificazioni dietetiche su questi profili metabolici, al fine di capire come mantenerlo o acquisirlo, o come modificarlo. In futuro… • Le scienze omiche potranno dare informazioni su come un alimento (ed i suoi componenti) è digerito, assorbito, metabolizzato e usato dal singolo individuo. • Le scienze omiche potranno permettere il riconoscimento di biomarker che evidenzieranno lo stato nutrizionale e lo stato di salute. • Le scienze omiche (in particolare genomica, proteomica e metabolomica) potranno permettere di capire come specifici componenti degli alimenti interagiscono con l’organismo umano, al fine di evidenziare la migliore nutrizione possibile per la salute del singolo individuo (nutrizione personalizzata). 9 Cosa serve ancora? • Bioinformatica. • Database. • Ulteriori biomarkers per tracciare accuratamente l’intake. • Una visione foodomica, che consideri un tutt’uno le scienze degli alimenti e la scienza della nutrizione umana. • Una definizione dello “stato di salute”. Lo stato di salute • Il passaggio dalla salute alla malattia (e viceversa) è di solito considerato come un movimento in un spazio monodimensionale • In realtà, la salute è una posizione con coordinate specifiche in uno spazio multidimensionale. • Raggiungere lo stato di salute significa spostarsi in questo spazio fino a raggiungere la posizione di salute 10 Bordoni A, Capozzi F. Foodomics for healthy nutrition, Curr Opin Clin Nutr Metab Care 2014, 17:000–000 DOI:10.1097/MCO.0000000000000089 Grazie dell’attenzione Alessandra Bordoni [email protected] www.unibo.it 11
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