Epigenetske spremembe kot posledica načina življenja - prehrana

Epigenetika razkriva tiste genetske lastnosti, ki jih je mogoče aktivirati ali zavreti na naraven način in sicer pogosto s hrano, ki jo uživamo. Nutrigenomika je področje, ki proučuje učinke hrane na izraznost genov. Na podlagi posameznikovega nabora genov je mogoče podati priporočila glede uživanja specifičnih živil, ki preko transkripcijskih faktorjev vplivajo na gene in s tem na določene bolezni. Nutrigenomika ne vključuje genskega spreminjanja živil z razbijanjem in dodajanjem genov. Namesto tega se osredotoča v izboljševanje posameznikovega zdravja z uporabo fitokemikalij, torej kemijskih spojin, ki jih pridobivamo iz rastlin in njihovih plodov, hranil in drugih komponent, ki so naravno prisotne v živilih.

Pomen hrane za organizem

Za razliko od obnašanja ali stresa je študij prehrane lažje študirati in zato je to tudi bolje razumljiv okoljski dejavniki na področju epigenetskih sprememb. Ena od metabolnih poti je odgovorna za metilacijo. Poznane so nekatere hranilne snovi, ki so ključne za to pot in sicer: folna kislina, vitamini B, S-adenozil metionin (SAM), saj donirajo svojo metilno skupino. Prehrana, bogata s temi snovmi, lahko hitro vpliva na izražanje genov, še posebej v času zgodnjega razvoja.

Hranila, ki vplivajo na naš epigenom in hrana v katerih se nahajajo:

-metionin (sezamova semena, brazilski oreščki, ribe, paprika, špinača); sinteza SAM

-vitamin B12 (meso, jetra, školjke, mleko); sinteza metionina

-folna kislina (listnata zelenjava, sončnična semena, kvas, jetra); sinteza metionina

-vitamin B6 (meso, zelenjava, oreščki); sinteza metionina

-holin (jajčni rumenjak, jetra, soja, kuhana govedina, piščanec, teletina, puran); donor metilne skupine za SAM

-betain (pšenica, špinača, školjke, sladkorna pesa); uniči toksične produkte sinteze SAM

-resveratol (rdeče vino); odstrani skupine iz acetilnih skupin histonov

-genistein (soja, sojini izdelki); večja metilacija, preprečevanje raka (še nepoznan mehanizem)

Študije na živalih so pokazale, da pomanjkanje donorjev metilnih skupin (folatov ali holinov v prehrani) v poznem plodu ali zgodnjem poporodnem razvoju povzroča določene regije genoma, ki niso oz. so manj metilirani za vse življenje. Pri odraslih nezadostnost metilirane prehrane prav tako vodi v zmanjšanje metilacije DNA, vendar so spremembe reverzibilne pri ponovni vzpostavitvi običajne, bolj metilirane prehrane. Tako miške kot ljudje imajo gen, imenovan agouti. Gen agouti je tisti, ki v aktivni, nemetilirani obliki mišim daje zlat kožušček ter nagnjenost k zgodnjemu razvoju debelosti in diabetesa [1]. V poskusih so znanstveniki eno skupino brejih miši krmili s hrano, ki so jim dodajali obilico vitaminov B, folne kisline in vitaminov B12, medtem ko je kontrolna skupina brejih miši dobivala običajno laboratorijsko hrano. Vitamini B, ki so bogati z metili, so povzročili vezavo metilnih skupin na gen agouti v času razvoja zarodkov v maternici, in s tem spremenili njegovo izraznost. Mišjim materam, ki so uživale tako obogateno prehrano, so se skotili zdravi mladički z rjavim kožuščkom in normalno težo, ter pri katerih niso zasledili nobene nagnjenosti k sladkorni bolezni. Nasprotno pa so imeli mišji mladiči iz kontrolne skupine zelo visoko nagnjenost k raku, debelosti in diabetesu. Še zlasti je bilo zanimivo dejstvo, da so vitke, rjave miši v takem stanju ostale vse življenje. Na rumeno miško lahko gledam kot na miško z epigenetsko mutacijo.

Vpliv kemikalij na organizem

Kemikalije in dodatki, ki vstopijo v naše telo prav tako lahko vplivajo na naš epigenom. Bisfenol A (BPA) je spojina, ki oponaša telesu lastne hormone, kar ima lahko negativen vpliv na zdravje. Ko so breje rumene matere hranili z normalno hrano in BPA, se je skotilo več rumenih, nezdravih mladičev kot običajno. Izpostavljenost mladičev bisfenolu A v zgodnjem razvoju je povzročilo zmanjšanje metilacije agouti gena. Vendar, pa so matere ki so bile prav tako izpostavljene BPA, vendar hranjene še z metilom bogato hrano, imele potomce,ki so bili pretežno rjavi. Dopolnjena hranila materi so nevtralizirala negativne učinke izpostavljenosti BPA. Prehrana matere med nosečnostjo lahko povzroči ključne spremembe pri otroku, ki ga spremljajo tudi v odrasli dobi. Strokovnjaki na področju nutrigenomike lahko na podlagi posameznikovih genetskih markerjev (posamičnih elementov DNA) in privzetega epigenetskega programa preživetja (GenoTip), podajo priporočila glede uživanja specifičnih živil, ki lahko zavirajo ali pa spodbudijo gene. Najpomembnejša podatka pri tem sta krvna skupina in status sektor/nesektor. Večino drugih ključnih genov, ki določajo posameznikov fiziološki ustroj za izbor optimalne hrane, vadbe in življenjskega sloga, je mogoče videti oziroma izmeriti. Tovrstna priporočila, ki jih podaja tako imenovani posameznikov nutrigenomični profil so uporabna za preprečevanje debelosti in za učinkovito preprečevanje razvoja nekaterih dednih bolezni (rak, diabetes tipa 2, bolezni srca in ožilja). Laboratorijska analiza DNA (npr. na podlagi sline) ne more nadomestiti nutrigenomičnega profila, saj ne zajema nekaterih bistvenih dejavnikov, ko gre za določanje potencialne škodljivosti ali koristnosti posameznih živil, vadbe ali življenjskega sloga. Prehranska priporočila, podana zgolj na osnovi analize nekaj deset genov od 30000, ne upoštevajo faktorjev, ki v analizi DNA niso zajeti. Med te ključne faktorje spadajo na primer prisotnost nekega ključnega genetskega markerja, posameznikov epigenotip in trenutno stanje organizma (starost; prisotne diagnoze; raven vitaminov, mineralov, hormonov itd.; polepljenost z lektini; poškodbe ali spremembe tkiv…).

Vpliv hrane na organizem

Vpliv hrane na krvno skupino

Bolj specifičen primer hranjenja za posameznike je bil pred kratkim predstavljen s tabelo, v kateri je napisana prehrana glede na vrsto krvne skupine. Krvna skupina je tista, ki določa odziv imunskega sistema na zunanje dejavnike, glavni problem pri tem so lektini, ki so prisotni v povsem običajni hrani. Večina lektinov je specifičnih za ogljikove hidrate krvnih skupin po sistemu ABO, kar pomeni, da je ista hrana lahko za človeka s krvno skupino O škodljiva, za človeka s krvno skupino A pa zelo koristna. Lektini se lahko vežejo na mnoge antigene ogljikovih hidratov v drobovju ali drugih telesnih tkivih, in s tem povzročajo različne zdravstvene težave(porušeno ravnovesje v črevesni flori, motnje v delovanju imunskega sistema, alergije na hrano, sistemska vnetja, itd.), ki so običajno posledica neposrednega lepljenja lektinov na tarčne celice in se tipično kažejo, kot motnje v prebavi (kronično zaprtje, napenjanje, vetrovi, bolečine v trebuhu in podobno), kar posledično ovira pravilno absorpcijo vitaminov, mineralov in drugih hranil, ter s tem ogroža ravnovesje in zdravje celotnega organizma, poleg tega pa so ključni faktor pri debelosti, saj preprečujejo izgorevanje shranjenih maščob in spodbujajo shranjevanje vedno novih maščob.

Vpliv hrane na telo

Drug pomemben podatek poleg krvne skupine so nesekretorji, ki ne izločajo antigena svoje krvne skupine v druge telesne tekočine, kar pomeni, da so zaradi odsotnosti te prve obrambne črte organizma lahka tarča vsiljivcev (bakterije, virusi) in bolj dovzetni za škodo, ki jo povzročajo lektini. To lahko sčasoma privede do alergij, avtoimunskih bolezni in glivičnih okužb.Poleg krvne skupine in nesektorjev je še mnogo drugih faktorjev, ki vplivajo na to katera hrana, pijača, zelišča, kozmetika, dopolnila k prehrani, telesna vadba in načini učinkovitega obvladovanja stresa prinesejo zaželene rezultate, kot so zdravje, idealna telesna teža, optimalen indeks telesne mase (BMI), določeno stopnjo telesne pripravljenosti itd.

Zanimivo je, da s pravilno prehrano lahko vplivamo tako na preprečevanje izražanja slabih genov kot tudi na večje izražanje pozitivnih genov. Vsem znana prehranska piramida je namreč zelo posplošen prikaz kakšna bi morala biti naša prehrana. Hrana, ki na nekoga deluje zelo pozitivno, je za drugega lahko celo škodljiva. Kava je prvi tak primer, pri katerem je njen vpliv na telo odvisen od metilacije in posledično, izražanja genov za njeno prebavo. Pri posamezniku, ki dobro prebavlja kofein, ima kava celo zdravile učinke, saj zmanjša možnosti za nastanek srčnih obolenj. Pri drugem posamezniku, ki pa ima slab metabolizem kofeina, pa se z vnosom tega v telo možnosti za nastanek srčnih obolenj povečajo. Drugi primer različnega vpliva hrane na telo pa so polinenasičene maščobne kisline (omega-3 in omega-6), ki regulirajo gen, kateri sodeluje pri nastanku HDLjev. Pri večini žensk te maščobne kisline povečajo količino HDLjev, kateri zmanjšujejo možnosti za nastanek kroničnih srčnih obolenj. Pri nekaterih ženskah pa te maščobne kisline zmanjšajo količino HDLjev, s čimer se možnosti za nastanek obolenj povečajo.

Vpliv hrane na počutje ter delovanje

Poleg vplivanja na naše gene, ima naša prehrana tudi vpliv na naše počutje, obnašanje in vedenjske vzorce. V neki raziskavi so primerjali vedenjske vzorce ljudi, ki se različno prehranjujejo. Prva skupina se je prehranjevala večinoma z hitro prehrano, medtem ko je imela druga skupina uravnoteženo prehrano. Ko so obe skupini postavili pred zaslon, na katerem so prikazovali različne slike, hitreje kot jih oko lahko zazna, je večina ljudi iz prve skupine videla znake podjetij s hitro prehrano, medtem ko ostali niso videli nobenih posebnih znakov. Prav tako je bil izveden poskus na teh skupinah, v katerem so jim ponudili denar. Dali so jim na izbiro, da vzamejo nekaj denarja takoj ali pa počakajo en teden in dobijo več denarja. Večina tistih iz prve skupine je raje izbrala možnost, da vzamejo denar takoj, medtem ko je večina tistih iz druge skupine raje izbrala drugo možnost. S tem so potrdili domnevo, da prehranski vzorec vpliva na naše obnašanje. Hitra prehrana namreč človeka trenutno nasiti in zadovolji, na podlagi česar se človek tudi kasneje raje odloča za tisto, kar mu bo prineslo trenutno zadovoljstvo. Vse skupaj pa je povezano z epigenetiko in metilacijo vzorcev. Če se tak način življenja nadaljuje, se posameznikova DNA metilira tako, da prenese hitro prehrano tudi v hiter način življenja, s čimer ustvarja podzavesten časovni pritisk in nujo, ki je v resnici ni. Tako se to lahko tudi stopnjuje v neučakanost in celo nestrpnost. Tak metilacijski vzorec pa se prenaša tudi iz ene generacije v drugo. Tudi iz zgodovine so znani primeri, ko je prehrana vidno vplivala na naslednje generacije. Ko so na Nizozemskem ljudje stradali med 2. svetovno vojno je bila posledica tega vidna na njihovih vnukih, ki so bili manjši kot njihovi starši oz. stari starši. Poznano je tudi, da potomci ljudi, ki so v otroštvu imeli primanjkljaj hrane, živijo dlje, medtem kot potomci tistih, ki so imeli v otroštvu hrane v izobilju in živijo manj časa.

Tudi pri živalih je poznana uporaba hrane v različne namene. Npr. pri čebelah so delavke in matica genetsko enake, vendar je matica samo tista, ki so jo v razvojni fazi hranili s posebnim kraljevim želejem. Pri metuljih pa za obarvanost v različnih fazah razvoja skrbi prav uravnavanje istih genov za barvo.

Kakšna naj bo naša hrana

Za optimalno delovanje organizma bi morali torej vso hrano izbirati skladno z gensko zasnovo in trenutnim stanjem organizma, saj ima vsak človek edinstveno, specifično fiziologijo, ki pogojuje zanj optimalen način prehrane, vadbe in življenjskega sloga. Dokler pa naše genetske zasnove ne poznamo pa je še vedno najbolje jesti čim bolj raznovrstno ter kvalitetno hrano, ter se čim bolj izogibati hitre in nekvalitetne hrane. Na podlagi vseh zbranih dejstev pa lahko zaključimo, da praktično ni področja v našem življenju na katerega hrana ne bi vsaj posredno vplivala.

Viri

1. http://learn.genetics.utah.edu/content/epigenetics/nutrition/
2. Waterland RA, Jirtle RL, Early Nutrition, Epigenetic Changes at Transposons and Imprinted Genes, and Enhanced Susceptibility to Adult Chronic Diseases. Nutrition 2004;63-68
3. Jaenisch R, Bird A. Epigenetic regulation of gene expression: how the genome integrates intrinsic and environmental signals. Nat Genet 2003;33(suppl):245
4. Kaati G., Bygren L.O., Pembrey M., Sjostrom M. (2007). Transgenerational response to nutrition, early life circumstances and longevity. European Journal of Human Genetics, 15: 784-790.
5. http://www.nutrigenomika.info/