Rozmowa z dr Marcinem Schmidtem z Uniwersytetu Przyrodniczego im. A. Cieszkowskiego w Poznaniu na temat znaczenia i przyszłości nutrigenomiki07.04.2009

autor: Katarzyna Szatkowska
słowa kluczowe: DNA, genetyka, żywność, dieta, wywiad

Katarzyna Szatkowska: Nutrigenomika nie jest terminem powszechnie znanym i rozumianym. Jak Pan zdefiniowałby to pojęcie?

Marcin Schmidt: Najprościej można powiedzieć, że jest to nauka badająca wpływ substancji pochodzących z żywności na funkcjonowanie organizmu. A ponieważ funkcjonowaniem organizmu zarządza genom, dlatego też jest to połączenie tych dwóch wyrazów – „nutri” - żywienie i „genomika”, czyli nauka zajmująca się genomem. W nutrigenomice możemy wyróżnić dwa nurty badawcze: ogólny wpływ substancji pochodzących z żywności na funkcjonowanie genomu oraz osobnicza (czyli indywidualna) odpowiedź człowieka na wybrane związki. Każdy z nas posiada taki sam zestaw genów – ale w postaci różnych ich wariantów tzw. alleli. Tą zmiennością także zajmuje się nutrigenomika. Istotna jest nie tylko sama odpowiedź ale także zmiana jej nasilenia (różny poziom ekspresji białek). Ostatnie badania wskazują, iż niebagatelną rolę odgrywa nie tylko samo kodowanie białek, ale także DNA niekodujące, mające wiele niepoznanych dotąd funkcji.
Sądzę, że w naszym kraju wiele osób prowadzi badania które można by nazwać nutrigenomicznymi, ale ich tak nie określa.

KS: Wynika z tego, że nutrigenomika nie jest nową dyscypliną naukową.

MS: Nutrigenomika jest nową nazwą, dla dziedziny nauki uprawianej już od ponad 100 lat. Badania nutrigenomiczne były prowadzone już bardzo dawno, aczkolwiek nikt ich tak nie określał. Zaliczyć do nich można badania nad zapotrzebowaniem organizmu człowieka na poszczególne składniki żywności – początkowo głównie zajmowano się witaminami (np. stwierdzenie, że witamina C zapobiega szkorbutowi) i mikroelementami, co stopniowo było również rozszerzane na inne związki (np. przeciwutleniacze).

KS: Jakie substancje i w jaki sposób wpływają na ekspresję genów?

MS: Wyniki badań z ostatniej dekady wykazały, że praktycznie wszystkie składniki żywności mogą wpływać na regulację ekspresji naszych genów. Należy wymienić tutaj m.in. kwasy tłuszczowe, cholesterol, glukozę, włącznie z ich metabolitami. Ich oddziaływanie na geny może zachodzić na drodze innej niż hormonalna. Ciekawą grupą są witaminy rozpuszczalne w tłuszczach i niektóre polifenole, których działanie zachodzi bezpośrednio, poprzez czynniki transkrypcyjne należące do grupy receptorów wewnątrzkomórkowych. Jednymi z najlepiej poznanych tego typu substancjami są fitoestrogeny (należące do flawonoidów). Są to roślinne związki mające w swojej budowie pierścienie przypominające hormony steroidowe. Mają one wpływ na regulację genów związanych z gospodarką hormonalną. Dlatego też często paniom w okresie menopauzalnym polecane są preparaty zawierające izoflawony sojowe łagodzące dolegliwości tego okresu. Powszechnie są też znane związki o charakterze przeciwutleniaczy (np. polifenole z zielonej herbaty), które uczestniczą w regulacji ekspresji genów związanych z supresją transformacji nowotworowej, regulacją cyklu komórkowego i procesu apoptozy, a także z odtruwaniem organizmu.

KS: Czyli możemy tu mówić o diecie która jest jednocześnie lekiem?

MS: Tak, można tak powiedzieć, choć może zamiast „leku” bardziej pasuje tu określenie środka zapobiegającego rozwojowi chorób lub diety ułożonej optymalnie do naszego genomu.

KS: W jaki sposób miałoby to zostać zrealizowane?

MS: Poprzez ułożenie spersonalizowanej diety. Diety, która byłaby optymalna dla naszego genomu. Jest to kwestia przyszłości, ponieważ obecnie nie posiadamy jeszcze odpowiedniej wiedzy. Zsekwencjonowanie genomu ludzkiego to dopiero początek. Nadal nie znamy wszystkich funkcji genów, pozostaje mnóstwo sekwencji niekodujących, które mogą mieć właściwości regulatorowe oraz polimorfizmów które poznamy dopiero po zsekwencjonowaniu genomów całych populacji.

KS: Czy można zatem liczyć, że w przyszłości będziemy mogli pójść do odpowiedniego specjalisty (nutrigenomika?) z wynikami sekwencjonowania naszego genomu, który dobierze nam dietę?

MS: Z tego co wiem, tego rodzaju serwisy w Stanach Zjednoczonych już istnieją. Usługa nie opiera się jednak na sekwencjnowaniu całego genomu, a jedynie poznaniu jego fragmentów. Materiał genetyczny izoluje się najczęściej z komórek nabłonkowych wnętrza policzka i analizuje poszczególne geny, te o poznanej już funkcji - na przykład geny związane z systemem detoksyfikacji organizmu i odpowiedzi na stres oksydacyjny. Następnie dobiera się dietę względem badanej puli genów. Ze względu na cenę nie jest to usługa zbyt popularna, ale z czasem stanie się bardziej dostępna.

KS: A co z epigenomem? Zmiany epigenetyczne mogą utrudniać zrozumienie mechanizmów działania genów.

MS: To prawda. Oczywiście, należy przeprowadzać także badania epigenetyczne, zwykle drogie. Myślę jednak, że z czasem poznamy rejony faktycznie podatne na wpływ substancji żywieniowych i przede wszystkim te będziemy analizować pod kątem epigenetycznym. Przy czym zmiany epigenetyczne dotyczyć mogą wybranych tkanek i poznanie zmian epigenetycznych może stanowić pewien problem.

KS: Możliwe więc będzie poznanie rejonów odpowiedzialnych za choroby – np. fenyloketonurię.

MS: Tak, oczywiście. Przykładowa fenyloketonuria – gen, którego mutacje są odpowiedzialne za pojawienie się objawów tej choroby jest znany. Dzięki temu możliwa jest diagnostyka molekularna, choć prostsze metody są często tańsze. Przy badaniach genetycznych wystarczające będzie poznanie genomu rodziców. Wtedy będziemy mogli określić prawdopodobieństwo takiej wady u dziecka i zdecydować, czy należy zrobić odpowiednie badania zaraz po narodzinach.

KS: Czy alergie możemy przewidzieć w ten sam sposób?

MS: W tym przypadku można mówić raczej o podatności na alergie. W zależności od wariantu (allelu) głównego układu zgodności tkankowej (HLA) osobnik wykazuje się mniejszym lub większym prawdopodobieństwem wystąpienia tego schorzenia. Istotna jest kwestia wystawienia człowieka na działanie odpowiednio dużej dawki alergenu w określonym czasie. Można być podatnym, ale jeśli nie dojdzie w konkretnym momencie do ekspozycji, nie dojdzie też do uczulenia.

KS: To znaczy, że jeśli człowieka wystawimy na działanie alergenu jako dziecko, to ulegnie on uczuleniu, natomiast jeśli będzie już dorosły i przyjmie taką sama dawkę, to nic mu nie będzie?

MS: Tak. Małe dziecko ma jeszcze słabo wykształcony układ immunologiczny i jest bardziej podatne na uczulenie, choć mogą wystąpić warunki powodujące tolerancje immunologiczną – czyli zupełnie przeciwstawne działanie.

KS: Domyślam się, że również kancerogeny zawarte w żywności są przedmiotem badań nutrigenomiki?

MS: Oczywiście. Badania te są bardzo intensywne i cieszą się dużym zainteresowaniem. Jak wszystkie biomedyczne mają największe finansowanie i stąd wywodzi się najwięcej odkryć i publikacji. Są one jednak znacznie trudniejsze bowiem to co spożywamy nie jest koniecznie tym co przyswajamy. Pokarm przechodzi w naszym organizmie wiele przemian. Przechodzi m.in przez kwaśne środowisko żołądka i spotyka się z mikroflorą jelitową, gdzie ma miejsce wiele reakcji konwersji jednych związków do innych. Bytują tam gatunki bakterii działające na naszą korzyść, jak organizmy probiotyczne, prowadzące swego rodzaju detoksykację, unieszkodliwiające pewne substancje z pokarmu. Są też mikroorganizmy będące komensalami i patogenami. Te ostatnie przeprowadzają przemiany dla nas niekorzystne. Ostatecznie to co wchłaniamy różni się chemicznie od tego co spożyliśmy. Prace nad kancerogenami są więc bardzo trudne i skomplikowane.

KS: A jak rozwój nutrigenomiki ma się w Polsce? Często jest przecież tak, że coś co bardzo dobrze rozwija się na świecie w naszym kraju nie budzi większego zainteresowania.

MS: Powiedziałbym, że w Polsce dzieje się równie dużo jak na zachodzie Europy czy w USA, aczkolwiek borykamy się z dwoma zasadniczymi problemami. Pierwszy to oczywiście problem finansowania, które jest u nas dużo niższe. Co ciekawe, nawet jeśli ktoś zdobędzie odpowiednio środki, za badania musi zapłacić więcej niż zachodni koledzy, gdyż te same odczynniki kosztują u na więcej. Jest jeszcze druga kwestia – nagłośnienia badań. Nutrigenomika jest młodym pojęciem. Jak już wspomniałem, wiele zespołów prowadzi badania nutrigenomiczne, ale ich tak nie nazywa – mówi na przykład o wpływie substancji egzogennych.

KS: Wobec tego, jakie badania nutrigenomiczne są prowadzone obecnie na Uniwersytecie Przyrodniczym?

MS: Prowadzimy badania pod kątem wpływu mikroorganizmów probiotycznych na ekspresję genów nabłonka jelitowego. Chodzi tu głównie o bakterie występujące w jogurtach, fermentowanych przetworach mlecznych oraz suplementach diety dostępnych w aptekach. Bakterie te wpływają na ekspresję genów enterocytów jelita. Z naszych dotychczasowych badania wynika, że najważniejszą grupą genów są te odpowiedzialne za stymulację układu odpornościowego.

KS: To znaczy, że powinniśmy jeść jogurty (śmiech).

MS: Tak, taki prosty wniosek możemy z tego wysnuć (również śmiech).

KS: A dlaczego zajął się Pan właśnie tym tematem? Kwestia zainteresowań?

MS: Kwestia zainteresowań oraz możliwości. Posiadamy w katedrze laboratoria mikrobiologiczne, kultur tkankowych, oraz oczywiście genetyczne. Możemy więc połączyć te wszystkie elementy i prowadzić interdyscyplinarną naukę. Posiadamy grupy badawcze, które zajmują się probiotykami już od lat, tak samo jak grupy zajmujące się właściwościami komórek zwierzęcych, w tym ludzkich. Dobre połączenie warsztatu i doświadczenia umożliwia pracę nad tym rozwijającym się nutrigenomicznym kierunkiem, w którym jest jeszcze bardzo dużo do zrobienia.

KS: Jakie są w takim razie plany na przyszłość?

MS: Kontynuacja tematyki nutrigenomicznej. Chcemy wyselekcjonować geny aktywowane lub hamowanych przez kontakt z organizmami probiotycznymi. Wprowadzamy bakterie probiotyczne na linie komórek nabłonka jelitowego, następnie izolujemy RNA i prowadzimy analizę ekspresji genów – najpierw z wykorzystaniem mikromacierzy, tak aby objąć cały genom, a następnie wyniki potwierdzamy techniką real time-PCR. Potem wybrane geny będziemy analizować na poziomie białka stosując Western blot, ewentualnie test ELISA. W późniejszym etapie pragniemy dowiedzieć się jakie będą pośrednie skutki oddziaływań mikroflory na inne komórki, np. układu immunologicznego czy wątroby. Przewidujemy też badania na zwierzętach modelowych, ewentualnie ochotnikach. Planujemy ponadto określić które konkretnie związki wydzielane przez organizmy probiotyczne mają pozytywny wpływ na nasze zdrowie. Wtedy moglibyśmy produkować te molekuły lub selekcjonować dane mikroorganizmy w kierunku konkretnych zastosowań.

KS: W takim razie dziękujemy za wywiad i życzymy powodzenia w dalszych badaniach.

MS: Ja również dziękuję.

 

Notka biograficzna:

1997 – ukończone studia na Wydziale Biologii UAM (specjalność: biologia molekularna)
1998-2002 – doktorat z wirusologiii molekularnej na Wydziale Biologii UAM
od 2002 – adiunkt na Uniwersytecie Przyrodniczym w Poznaniu (dawniej Akademia Rolnicza) – praca naukowa i dydaktyczna (wykłady z: biologii molekularnej z elementami genetyki, immunologii, nutrigenomiki, mikrobiologii, ćwiczenia z: biotechnologii w ‑­ medycynie i kosmetyce, biotechnologii ogólnej, biologii molekularnej z elementami genetyki, mikrobiologii żywności, mikrobiologii przemysłowej)
Odbyte naukowe staże zagraniczne 1997-8 w USA (Allegheny University of the Life Sciences), 1999 i 2000 we Francji (INRA). Ukończone kursy: Molecular Modelling, Poznań Summer School of Bioinformatics, Microarray Analysis Workshop. Współorganizator i współprowadzący praktycznych kursów podstawowych technik biologii molekularnej. Kierownik i wykonawca licznych grantów ministerialnych i miedzyuczelnianych.

Przeczytaj również  wywiady z Michałem Kaszubą o mikromacierzach DNA i z lek. med. Piotrem Kurkiewiczem na temat boreliozy.

ISSN 1689-7730