Metas y estrategias de la nutrigenómica (I)

Parte 1 de 3

La nutrición es el impacto ambiental más importante en el estado de salud humana a lo largo de la vida. Esta es la primera de 3 partes, que presenta una breve semblanza del concepto de nutrigenómica, las estrategias y metas generales que persigue. En los últimos 15 años la investigación en nutrición ha experimentado un importante cambio en su enfoque, de la epidemiología y la fisiología a la biología molecular y la genética. Esto es principalmente el resultado de 3 factores que dejan claro que los efectos de la nutrición en la salud y la enfermedad no pueden ser entendidos sin un profundo entendimiento de cómo los nutrimentos actúan a nivel molecular.

Primero, la finalización de varios proyectos genómicos de gran envergadura ha alterado la agenda de investigación al llamar la atención hacia la importancia de los genes en la nutrición humana y ha provisto vasta información genética nueva para ser explorada.

Segundo, ha habido un reconocimiento creciente de que tanto los micronutrimentos como los macronutrimentos pueden ser potentes señales dietarias que influencian la programación metabólica de las células y tienen un importante papel en el control de la homeostasis.

Tercero, los investigadores en nutrición han comenzado a reconocer que la predisposición genética puede ser un importante contribuidor a las causas principales de mortalidad ligadas a la dieta, como enfermedad cardiovascular, diabetes tipo II y los cánceres.

Aunque los humanos somos genéticamente similares, cada individuo retiene una identidad genética única que explica la gran variedad de fenotipos bioquímicos, fisiológicos y morfológicos observada en las poblaciones humanas. Dado que las recomendaciones alimentarias son desarrolladas a través de análisis epidemiológicos de las poblaciones, estas pueden no ser óptimas para un individuo particular. La necesidad de entender la influencia nutriológica en el genoma y la influencia del genoma en el metabolismo contribuyó al desarrollo del concepto de nutrigenómica, que se basa en 5 principios fundamentales:

1.   Los químicos comunes en la dieta actúan sobre el genoma humano, directa o indirectamente, para alterar la expresión o estructura de los genes.
2.   Bajo ciertas circunstancias y en algunos individuos, la dieta puede ser un serio factor de riesgo para algunas enfermedades.
3.   Algunos genes regulados por la dieta (y sus variantes comunes y normales) pueden jugar un papel en el surgimiento, incidencia, progreso y/o severidad de enfermedades crónicas.
4.   El grado en el cual la dieta influencia el equilibrio entre los estados de salud y enfermedad puede depender de la composición genética de un individuo.
5.   La intervención dietética basada en el conocimiento de los requerimientos nutricionales, el estado nutricio y el genotipo puede ser usada para prevenir, mitigar o curar una enfermedad crónica.

Nuevas herramientas que han permitido estudios moleculares en nutrición altamente detallados, también han ayudado a cambiar el enfoque del campo. Sutiles cambios en la expresión de un gen, aun a nivel unicelular, pueden ser medidos por técnicas cuantitativas tales como reacción en cadena de polimerasa (PCR por sus siglas en inglés) en tiempo real y análisis de microarray (micromatriz o microarreglo son términos equivalentes) de alta densidad. Este último permite que el transcriptoma entero nutricionalmente relevante sea estudiado de manera simultánea (transcriptómica). Dichos estudios son un objeto importante de la genómica nutricional o nutrigenómica.

Progreso comparable en el análisis del metaboloma (metabolómica) y el proteoma (proteómica), nutricionalmente relevantes, deberá permitir el análisis de la respuesta de sistemas completos a nutrimentos, de los genes a los organismos.

En el futuro, el estudio de respuestas organismales a componentes dietarios particulares a niveles de metaboloma, proteoma y transcriptoma, podría mostrar patrones organoespecíficos de gran valor. El reto para los siguientes años es traducir este tipo de datos nutrigenómicos en la predicción precisa de los efectos benéficos o perjudiciales a la salud de los componentes de la dieta.

La meta principal para la aplicación de genómica en la ciencia de la nutrición debe ser la prevención de enfermedades relacionadas a la dieta.

La nutrigenómica trata de estudiar las influencias de la nutrición a nivel genoma. Desde la perspectiva de la nutrigenómica los nutrimentos son señales dietarias detectadas por sistemas sensores celulares que influencian la expresión del gen y la proteína y en consecuencia la producción de metabolito. Así, los patrones de expresión del gen, expresión de la proteína y la producción del metabolito en respuesta a nutrimentos particulares o regímenes nutricionales pueden ser vistos como firmas dietarias. La nutrigenómica busca examinar estas firmas dietarias en células, tejidos y organismos específicos, al igual que entender cómo la nutrición influencia homeostasis. Adicionalmente, la nutrigenómica apunta a identificar los genes que tienen influencia en el riesgo de enfermedades relacionadas a la dieta a una escala de genoma y a entender los mecanismos que rigen estas predisposiciones genéticas.

Las herramientas genómicas pueden utilizarse en dos estrategias diferentes y a la vez complementarias en la investigación molecular de la nutrición. La primera estrategia es el enfoque tradicional basado en hipótesis: genes y proteínas específicos, la expresión de los cuales es influenciada por nutrimentos, son identificados utilizando herramientas genómicas (transcriptómica, proteómica y metabolómica) lo que posteriormente permite la identificación de las rutas reguladoras a través de las cuales la dieta influencia la homeostasis. Los modelos de ratones transgénicos y los modelos celulares son herramientas esenciales en este acercamiento que puede permitir la identificación de nuevos genes y rutas; en el futuro dichos modelos podría proveer la clave para entender las interacciones entre las rutas de señalización metabólica y las inflamatorias.

La segunda estrategia, que al momento es teórica en gran medida, es el acercamiento de biología de sistemas: firmas de gen, proteína y metabolito asociadas con nutrimentos específicos o regímenes nutricionales, son catalogadas y pueden proveer biomarcadores moleculares de advertencia temprana para cambios en la homeostasis inducidos por nutrimentos.

La primera estrategia nos proveerá con datos moleculares detallados de la interacción entre nutrición y genoma, mientras que la segunda estrategia podría ser todavía más importante para la nutrición humana, dada la dificultad de colectar muestras de tejido de personas “saludables”.

Manteniendo en mente estas dos estrategias, se pueden identificar las siguientes metas de la investigación nutrigenómica:

→ la identificación de factores de transcripción que funciones como sensores de nutrimentos y los genes a los que están dirigidos;
→ la elucidación de las rutas se señalización involucradas y caracterización de las principales señales dietarias;
→ la medición y validación de firmas de expresión de genes específicos a células y órganos, de las consecuencias metabólicas de micronutrimentos y macronutrimentos específicos;
→ la elucidación de las interacciones entre las rutas reguladoras relacionadas a nutrimentos y las rutas del estrés pro-inflamatorio, para entender el proceso de desregulación metabólica que deriva en enfermedades relacionadas a la dieta;
→ la identificación de genotipos que son factores de riesgo para el desarrollo de enfermedades humanas relacionadas a la dieta (diabetes, hipertensión o ateroesclerosis, entre otras) y cuantificación de su impacto; y
→ el uso de biología de sistemas nutricionales para desarrollar biomarcadores de desregulación metabólica temprana y susceptibilidad (firmas de estrés) que son influenciados por la dieta.