María Constanza Rodríguez
Departamento de Investigación, Alltech Brasil.
Intuitivamente, ser lo que comemos siempre
tuvo sentido, sin embargo la
Nutrigenómica llegó para fundamentar científicamente este dictado.
Revolucionando la nutrición
Durante los últimos 10 a 15 años, la investigación
en nutrición ha sufrido grandes cambios en su foco basadas en la percepción de
que muchos micronutrientes (vitaminas y minerales) y macro nutrientes (grasas,
carbohidratos y proteínas) poseen la habilidad de actuar como señalizadores
dietéticos potentes que interactúan con el DNA para activar o desactivar genes.
La alteración de la expresión génica a través de la nutrición, por lo tanto, ofrece
el potencial de cambiar la función biológica de forma benéfica. Los estándares
de expresión génica en respuesta a ciertos nutrientes pueden ser vistos como “firmas
dietéticas” (MÜLLER & KERSTEN, 2003). De forma simplificada, la Nutrigenómica es el
estudio de esas firmas dietéticas con la finalidad de comprender como los
nutrientes influencian la salud y el desempeño a nivel molecular. Las observaciones
provenientes de experimentos de producción tradicionales son, en su mayoría,
difíciles de interpretar; sin embargo, según el Dr. Ronan Power, Director de Investigación
del Centro de Nutrigenómica Aplicada a la Nutrición Animal
de Alltech en los EE.UU., la
Nutrigenómica permite que el examinador analice el estándar
de expresión de, literalmente, millares de genes en apenas un experimento.
Algunos términos importantes
Gen
Los genes sirven como manuales de
instrucción para el organismo, ellos son las coordinadas para la construcción
de todas las proteínas que participan de las funciones corporales. Están compuestos
por ácido desoxirribonucleico (DNA).
DNA
Código (blueprint) para la producción
de todos los componentes necesarios para el desarrollo y manutención de las
células. El DNA contiene genes y cada gen representa una unidad funcional para la
producción de proteínas específicas.
Genoma
Es toda la información
hereditaria de un organismo que está codificada en su DNA (o, en algunos virus,
en el RNA).
Genómica
La genómica es el
estudio de los genomas de los organismos. El conocimiento de la secuencia total
de los genomas de algunas especies animales permitió, a través de diversas
metodologías, averiguar su
operacionalidad, inclusive de una y de otra cadena del DNA, y sus matices de
transcripción consonante a las células, tejidos, órganos, factores envolventes,
etc.
Polimorfismo
Involucra una de dos o más variantes de
una secuencia particular de DNA. Cuando esa variación en la secuencia de DNA es
común en la población, es llamada de polimorfismo; si es rara, es llamada de
mutación. El punto de corte utilizado es 1%, si la variación aparece en más del
1% de la población es un polimorfismo, en caso contrario es llamada de mutación.
Alelo
Una de las diversas formas alternativas
de un gen específico que ocupa una cierta región del cromosoma.
Biomarcadores o marcadores
biológicos
Moléculas que, algunas veces, pueden ser
encontradas en la sangre, otros fluidos corporales o tejidos, pudiendo ser
usadas para medir la presencia, progreso de una enfermedad o efectos del tratamiento.
Regulación génica
A pesar de que todas las células de nuestro
organismo presentan un conjunto completo de genes idénticos, apenas una fracción
de esos genes está expresada o “ligada” en cada tipo celular. Es el subconjunto
de esos genes que están expresados que fornece a cada célula su función específica y sus características estructurales. Por ese
motivo, por ejemplo, las células hepáticas son totalmente diferentes, en su
estructura y función, de los melanocitos en la piel. Mientras los hepatocitos
presentan funciones como metabolización de sustancias y producción de la bilis,
los melanocitos secretan melanina, siendo responsables por la coloración de la
piel. Cuando un gen está activado, regulado positivamente, la maquinaria
celular comienza a transcribirlo en otro tipo de material genético llamado RNA
mensajero (mRNA). Algunos de esos mRNA contienen el “código” o el mensaje que entonces
será traducido en una o parte de una proteína. De esa forma, tipos celulares
distintos son regulados y expresan diferentes proteínas que darán la identidad
a cada célula, tejido y órgano de nuestro cuerpo.
Ahora sí, ¿qué es Nutrigenómica?
Nutrigenómica o genómica nutricional
La Nutrigenómica estudia la amplia
influencia de la nutrición en el genoma. Dentro de la perspectiva de la Nutrigenómica, los
nutrientes son señalizadores dietéticos que son detectados por los sensores
celulares que influencian la expresión génica y proteica y, subsecuentemente, la
producción de metabolitos. De esa forma, estándares de expresión génica, expresión
proteica y producción de metabolitos en respuesta a determinados nutrientes o
regímenes nutricionales pueden ser vistos como “firmas dietéticas”. La Nutrigenómica busca
examinar esas firmas en células, tejidos y organismos e intenta comprender cómo
la nutrición influencia la homeostasis. Además de eso, la Nutrigenómica busca
identificar los genes que influencian el riesgo de enfermedades relacionadas a
la dieta en una escala amplia del genoma, además de comprender los mecanismos
que están por atrás de esa predisposición genética (MÜLLER & KERSTEN,
2003).
¿Cómo los nutrientes afectan a los
genes?
Los componentes de la dieta pueden afectar
la expresión génica directamente o indirectamente, reaccionando como ligandos
para receptores de factores de transcripción o afectando positiva o
negativamente a las vías de señalización (KAPUT & RODRIGUEZ, 2004). Esos factores
de transcripción se unen al DNA para direccionar el estándar del mRNA, orquestando
la producción de proteínas específicas. Hay varios ejemplos en la literatura de
nutrientes que interaccionan con factores de transcripción como los retinoides,
ácidos grasos, glucosa y fierro provenientes de alimentos como la zanahoria, el
salmón, las harinas, forrajes, granos, etc. Los retinoides y ácidos grasos inducen
al gen de la acyl-CoA oxidasa in vivo, el ácido retinoico activa un factor
de transcripción al unirse a él (KELLER
et al, 1993) y el consumo de altas cantidades de carbohidratos lleva al aumento
de la expresión del mRNA, primero por el aumento de la transcripción de más de
doce enzimas involucradas en las vías lipogénica y glicolítica, involucradas en
la conversión de glucosa en ácidos grasos (FOUFELLE & FERRÉ, 2002).
Nutrientes como el fierro y la glucosa controlan la estabilidad del mRNA y las
tasas de traducción de ciertos transcritos a través de la interacción de las
proteínas citosólicas con secuencias específicas de nucleótidos (CLARKE &
ABRAHAM, 1992). El fierro comanda la regulación de la estabilidad y controla la
traducción del mRNA de la transferrina y de la ferritina, responsables por la
internalización celular y transporte de fierro (KLAUSNER & HARFORD, 1989).
Por todos esos motivos los nutrientes son considerados como ingredientes bioactivos,
y esos ejemplos son apenas algunos de los millares que ocurren entre los
nutrientes y los genes diariamente.
¿Cómo estudiar la interacción de los
nutrientes con nuestros genes?
Una de las tecnologías utilizadas en el
estudio de la
Nutrigenómica son los microarreglos de DNA (Microarrays o
Gene Chips)
Micro arreglos de DNA
Los micro arreglos posibilitan el acceso de los efectos específicos de una
dieta o nutriente, sobre la expresión de una gran proporción del genoma entero.
El Proyecto Genoma Humano permitió la identificación de los cerca de 25.000
genes presentes en el DNA humano. La determinación de la secuencia de los 3 billones
de pares de bases del DNA está auxiliando en la comprensión del funcionamiento
de células, tejidos y hasta de organismos enteros. Ese conocimiento no se
limita apenas a humanos, otras especies como ratones, primates, aves, bovinos y
cerdos también ya están parcial o enteramente secuenciadas. También llamado de gen chip, la tecnología de
los micro arreglos fue adaptada de los microchips usados por la industria de la
computación. Emparejando la información reunida del genoma con los avances recientes
de la nanotecnología, los micro arreglos son creados por equipos de robótica
que tramitan cantidades minúsculas de millares de secuencias génicas en una
superficie, un chip, que no ultrapasan el tamaño de un fósforo. En el chip,
cada gen presenta una localización específica y es representado por múltiples copias
de él mismo. La tecnología por atrás del gen chip es bastante sencilla y
explota un aspecto básico del DNA y RNA, la capacidad de una molécula de RNA de
ligarse o hibridar la secuencia de DNA o molde del cual fue transcrita, pero no
las secuencias diferentes de la suya propia. Para determinar qué genes están activados
y cuáles están desactivados en una determinada población de células, es necesario
primero colectar moléculas de RNA mensajero (mRNA) presentes en las células.
Esas moléculas de RNA son, entonces transcritas en el laboratorio en una
molécula estable llamada de DNA complementar (cDNA). La molécula de cDNA también es capaz de
hibridar con el molde de DNA del chip. Todas esas moléculas de cDNA entonces son
marcadas con un colorante fluorescente y, a continuación, entran en contacto con
la lámina de microarreglo (gen chip). Las respectivas moléculas marcadas encontrarán y se ligarán a sus cintas
complementares (genes) en el micro arreglo, identificándolos con una marca
(tag) fluorescente. Finalmente, varios pasos de enjuague son utilizados para la
remoción de las moléculas de DNA que no hibridaron. Para descifrar los
resultados, el investigador necesita utilizar un scanner capaz de medir la
intensidad de cada ponto fluorescente del micro arreglo. Si un gen en
particular de la población de células está altamente activo, produce varias copias
de mRNA (en la forma de cDNA marcados) que hibridarán con sus copias génicas
correspondientes en el microarreglo. Eso genera un área con mucha fluorescencia.
Por otro lado, genes poco activos producen pocos mRNA, que resultan en puntos
de fluorescencia más débiles. Si un determinado gen no presenta ninguna
fluorescencia, eso significa que no fueron sintetizados mRNAs en esa población
de células de interés, indicando que el gen se presenta inactivo en esas
células. Se puede utilizar también un método de detección con dos canales, donde
son utilizados dos fluoróforos con longitud de onda distinta y la hibridación
ocurre por competición. El grupo que presenta mayor abundancia de mRNA tendrá el
spot marcado con su color. Un ejemplo es
el que ocurre con células cancerosas y células normales. Si marcamos las
células cancerosas en rojo y las normales en verde, los puntos en rojo
representan genes más expresados en las células cancerosas y los en verde genes
más expresados en las células normales. El potencial de esa tecnología se vuelve
evidente al considerar las comparaciones que pueden ser realizadas entre
células de un animal joven versus células de un animal viejo, células
cerebrales de un individuo normal versus células de un individuo con
Alzheimer, y así sucesivamente. Esa tecnología nos ofrece información vital
sobre la importancia de los genes en la manutención de una célula saludable y qué
genes son movilizados en respuesta al estrés y las enfermedades.
Beneficios de las investigaciones con Nutrigenómica.
Al ser capaz de comprender genéticamente cómo los
compuestos químicos de dietas comunes afectan al equilibrio entre la salud y la
enfermedad, por la alteración de la expresión
de genes o estructuras de un individuo, será posible intervenir en la nutrición
delineando dietas personalizadas que puedan retardar enfermedades, optimizar y
mantener la salud humana. Además de los beneficios para los seres humanos, esa
ciencia vanguardista también auxiliará a establecer estrategias nutricionales
que puedan traer significativa mejoría en la salud y productividad animal.
Es importante subrayar que las investigaciones que involucran sustancias
bioactivas en culturas de células humanas, como las asociaciones realizadas a
partir de estudios epidemiológicos, son consideradas apenas como preliminares hasta
que estudios clínicos en humanos sean realizados para verificar esos efectos y
mecanismos. Un gran paso será establecer biomarcadores necesarios para cuantificar
la respuesta biológica positiva a la ingestión del nutriente.
Cuando la Nutrigenómica es
bien aplicada promueve una mayor comprensión de como la nutrición influencia a los
genes.
Referencias
MULLER, M.; KERSTEN, S. Nutrigenomics: Goals and
strategies. Nature Reviews (2003) 4:
315-322.
KAPUT, J.; RODRIGUEZ, R.L. Nutritional genomics:
the next frontier in the postgenomic era. Physiol.
Genomics (2004) 16: 166-177.
KELLER, H.; DREYER, C.; MEDIN, J.; MAHFOUDI, A.;
OZATO, K.; WAHLI, W. Fatty acids and retinoids control lipid metabolism through
activation of peroxisome proliferation-activated receptor-retinoid X receptor
heterodimers. Proc. Natl. Acad. Sci. (1993) 90: 2160-2164.
FOUFELLE, F.; FERRÉ, P. New perspectives in the
regulation of hepatic glycolitic and lipogênica genes by insulin and glucose: a
role for the transcription factor sterol regulatory element binding protein-1c.
Biochem. J. (2002) 366:
377-391.
CLARKE, S. D.; ABRAHAM, S. Gene expression:
nutrient control of pre- and posttranscriptional events. FASEB
J. (1992)6:3146-3152.
KLAUSNER, R. C.; HARFORD, J. B. Cis-trans models
for post-transcriptional gene regulation. Science
(1989) 246: 870-872.
