Код еды. Как продукты меняют наши гены

МОСКВА, 15 мар — РИА Новости, Владислав Стрекопытов. Ученые считают, что вещества, содержащиеся в пище, могут запускать молекулярные механизмы, которые перепрограммируют ДНК. В науке даже возникло новое направление — нутригеномика, изучающая связь продуктов с экспрессией генов. Можно ли с помощью диеты повлиять на биохимические процессы в организме, снизив риск тех или иных заболеваний, — в материале РИА Новости.

Молоко и алкоголь

Биологи давно выяснили, что геном любого организма способен подстраиваться под окружающую среду. Благодаря этому все живые существа, включая человека, непрерывно эволюционируют. Образ жизни, климат, контакт с определенными патогенами и другие факторы определяют возникновение и закрепление генетических вариантов, обеспечивающих адаптацию и максимальную выживаемость. Не последнее место в этом ряду занимает структура питания.

Характерный пример: у жителей Северной Европы свежие молочные продукты усваиваются организмом не только в младенчестве. Молоко содержит дисахарид лактозу, для переваривания которого необходим специальный фермент — лактаза. Кодирующий его ген обычно активен лишь у новорожденных. После отлучения от груди его экспрессия ослабевает, и уровень лактазы снижается. Однако у голландцев, шведов, норвежцев, датчан и британцев лактаза вырабатываться до 20 лет, а иногда и на протяжении всей жизни.

Анализ ДНК останков из археологических раскопок показал, что 10-12 тысяч лет назад в геноме северных европейцев появились соответствующие мутации. По мнению ученых, это дало преимущество в борьбе за выживание и позволило заселить территории, мало пригодные для земледелия, но вполне подходящие для разведения молочного скота.

CC BY 4.0 / Joe Roe /

Процент взрослого населения, способного усваивать лактозу

Еще пример — гены, кодирующие алкогольдегидрогеназу (ADH). Это фермент, ответственный за метаболизм этанола в печени и слизистой оболочке желудка. В Средиземноморье — многовековая традиция употребления алкоголя, и южные европейцы отличаются повышенной экспрессией генов ADH по сравнению с жителями Юго-Восточной Азии, где пьют в основном чай.

Генетики установили, что у китайцев, японцев, корейцев и вьетнамцев один из генов кластера ADH заменен на полиморфную модификацию, способствующую быстрому превращению этанола в ацетальдегид, значительно более токсичный, чем алкоголь.

Атипичен у них и ген ALDH, кодирующий альдегиддегидрогеназу — фермент печени, превращающий ацетальдегид в уксусную кислоту. Этот вариант фермента менее эффективен, чем тот, что у европейцев.

Метаболическая коррекция

Изменения в геноме человека под влиянием внешних факторов относятся к эпигенетическим, затрагивающим экспрессию отдельных генов, но не общую их последовательность. Каждый ген в ДНК отвечает за тот или иной белок. Протеом, совокупность всех белков, определяет набор метаболитов — молекулярных соединений, от которых зависит скорость биохимических реакций и обмен веществ в организме. Таким образом, генетические особенности непосредственно определяют метаболизм.

До недавнего времени исследования в области питания ограничивались изучением воздействия продуктов на здоровье. В последние годы на стыке генетики, диетологии и медицины возникло новое научное направление — нутригеномика. Ее девиз — фраза, приписываемая Гиппократу: "Пусть пища будет вашим лекарством, а лекарство — пищей".

Практическое применение такого подхода — метод метаболической коррекции, основанный на выявлении ранних маркеров нарушений в метаболизме. С его помощью планируют лечить ожирение, рак, сахарный диабет второго типа, болезни сердца и сосудов. Все эти патологии во многом закладываются на генетическом уровне, но не связаны с каким-то конкретным геном.

Нутригеномика рассматривает метаболические процессы как звенья одной цепи — от ДНК до метаболитов. Генетическая информация, зашитая в ДНК, в процессе транскрипции переносится на РНК, служащую, в свою очередь, матрицей для синтеза белков-ферментов. Это цепочка с обратной связью: инициация транскрипции зависит от наличия веществ, необходимых для формирования белков.

Пища способна влиять как на прямой процесс — запускать экспрессию генов, так и на обратный — сигнализировать о присутствии необходимых ферментов. Кроме того, определенные питательные вещества могут включать или выключать гены, кодирующие регуляторные гормоны. Нарушения в их продукции вызывают серьезные заболевания.

© Иллюстрация РИА Новости

Нутригеномика объясняет, как пища влияет на экспрессию генов. Благодаря последовательному воздействию на эпигеном, транскриптом, протеом и метаболом вещества, содержащиеся в продуктах, приводят либо к здоровому физиологическому состоянию, либо к фундаментальным метаболическим нарушениям

Генетическая диетология

Ученые только начали расшифровывать "сообщения", посылаемые отдельными продуктами и действующие как генетические переключатели. Однако уже сейчас многие диагностические центры предлагают нутригенетические тесты и разработку на их основе персональных рекомендаций по здоровому питанию. Первый такой тест в Управлении по контролю за продуктами питания и лекарствами США (FDA) зарегистрировали в 2017-м.

Анализ полиморфизма генов, отвечающих за контроль индекса массы тела и указывающих на непереносимость определенных продуктов, позволяет выявить наследственно обусловленную предрасположенность к дефициту некоторых витаминов или элементов. Пока точность тестов очень низкая и по их результатам нельзя составить комплексное представление об обмене веществ в организме.

В будущем же, как считают ученые, сформируется целое направление персонализированной медицины — генетическая диетология. Нутрициологи в сотрудничестве с генетиками на основе генетического тестирования смогут составлять индивидуальные протоколы питания для сохранения здоровья и предотвращения болезней. Уже разработали предварительные нутригенетические рекомендации для больных с гипертонией, раком, диабетом и сердечно-сосудистыми заболеваниями.