Nasze magazyny
Geny, mikroskopijne łańcuchy DNA znajdujące się w jądrze każdej komórki, sterują zachodzącymi w niej procesami, w tym podziałami. Dziedziczymy je po rodzicach, więc nasz materiał zostaje precyzyjnie określony już w chwili poczęcia i nie zmienia się przez całe życie.
Jeśli dzięki otrzymanemu w spadku DNA jesteś silny i zdrowy, to – według tej teorii – możesz czuć się bezpiecznie. Natomiast jeżeli nosisz geny odpowiadające za nowotwory, otyłość czy zwyrodnienia stawów... masz pecha.
Zgodnie z tym sposobem myślenia zdrowie zależy przede wszystkim od genetycznej loterii, a człowiek nie może zrobić nic, by wpłynąć na swoją przyszłość. Tak mówiono kiedyś. W międzyczasie postęp w biologii molekularnej postawił na głowie to przestarzałe podejście.
Najnowsze badania wykazały, że choroba i zdrowie to nie tylko kwestia obciążenia determinowanego przez dobre lub złe geny przekazane nam przez rodziców. Obraz, który się wyłonił, jest o wiele bardziej złożony, a człowiek zyskał w nim znacznie aktywniejszą rolę w budowaniu swojej kondycji zdrowotnej poprzez właściwy sposób żywienia oraz styl życia.
Dzięki biologii molekularnej wiemy, że materiał występujący w ponad 23 tys. genów człowieka – nazywany jego genomem – zawiera miliardy instrukcji określających, jak komórki powinny wypełniać swoje podstawowe funkcje.
Lecz nie wszystkie geny są cały czas aktywne. Wiele pozostaje w uśpieniu i to, czy się obudzą, by wpłynąć na nasz organizm – sprawiając, że będziemy zdrowsi lub zachorujemy – zależy od przebiegu procesu określanego mianem ekspresji genów. Największy wpływ wywiera na niego środowisko, w którym żyjemy, a to daje nam ogromne możliwości pozytywnego oddziaływania poprzez właściwe odżywianie.
Toksyczny gulasz
Współczesne środowisko nieustannie naraża nas na kontakt z resztkami pestycydów, rakotwórczymi chemikaliami oraz ogromną ilością sztucznej żywności pełnej rafinowanego cukru i niebezpiecznych tłuszczów. Te substancje zawarte w jedzeniu, powietrzu i wodzie wchodzą w interakcje z genami znajdującymi się w komórkach naszego organizmu, niektóre aktywując, inne wyłączając. Najbardziej szkodliwe z nich mogą przekształcić zdrowe komórki w nowotworowe – tak naprawdę 90-95% przypadków raka jest skutkiem działania substancji ze środowiska1. Ten toksyczny gulasz, w którym się dusimy, wywołuje nie tylko raka.
Mamy obecnie do czynienia, zwłaszcza w śród kobiet w średnim wieku, z epidemią chorób tarczycy, które niemal zawsze są reakcją autoimmunologiczną na zatrute środowisko. Ok. 20% dzieci przejawia problemy intelektualne, emocjonalne lub rozwojowe, a liczba przypadków cukrzycy czy astmy jest naprawdę zatrważająca. Wszystko to dowodzi, że środowisko wywiera ogromny wpływ na nasze geny. Jednak nie jesteśmy zupełnie bezradni.
Co prawda mamy niewielki wpływ na ilość toksyn w naszym otoczeniu, ale możemy kontrolować to, co wprowadzamy do organizmu z dietą. Dokonując przemyślanych i rozsądnych wyborów, możemy nie tylko zredukować, czy wręcz wyeliminować substancje toksyczne, które stymulują nasze geny, wywołując choroby, ale też wpłynąć na ich ekspresję tak, by aktywowały związki neutralizujące i usuwające szkodliwe substancje z tkanek oraz by pobudzały procesy komórkowe wzmacniające nasz system odpornościowy i hamujące postęp chorób, nawet nowotworowych.
Nutrinauka
Wraz z rozwojem badań nad genomem człowieka powstały koncepcje dotyczące indywidualnych aspektów żywienia. W literaturze pojawił się termin „nutrigenetyka”, a na przełomie wieków także „nutrigenomika”. Określenia te są ze sobą ściśle powiązane i często używa się ich zamiennie, mimo że istnieją między nimi pewne różnice.
Nutrigenetyka zajmuje się badaniami relacji, jakie zachodzą między składnikami odżywczymi i związkami bioaktywnymi zawartymi w żywności a indywidualnymi cechami genetycznymi. Obejmuje więc badania nad znaczeniem cech dziedzicznych, takich jak polimorfizmy, oraz ich potencjalnym wpływem na relacje między żywieniem a zdrowiem i funkcjonowaniem organizmu2. Głównym obszarem badań jest zatem identyfikacja genów, które wpływają na ryzyko wystąpienia chorób dietozależnych, np. cukrzycy, zaburzeń lipidowych czy nadciśnienia.
Badacze stawiają sobie także za cel scharakteryzowanie sposobu, w jaki indywidualny zestaw wariantów genetycznych jednostki warunkuje jej odpowiedź na określony rodzaj diety oraz przebieg szlaków metabolicznych, które są ważne dla biodostępności składników odżywczych, a zwłaszcza mikroelementów będących kofaktorami dla ważnych układów enzymatycznych3.
Nutrigenomika zaś określa wpływ spożywanych składników pokarmowych na ekspresję genów oraz na przemiany metaboliczne i homeostazę organizmu4. Z punktu widzenia tej dziedziny składniki odżywcze są regulatorami ekspresji genów warunkujących syntezę odpowiednich białek, a w efekcie powstawanie określonych metabolitów.
Innymi słowy, nutrigenomika określa wpływ składników odżywczych diety na ekspresję genów oraz opisuje oddziaływanie poszczególnych składników na organizm, natomiast uwarunkowanymi genetycznie różnicami w odpowiedzi metabolicznej na poszczególne składniki diety zajmuje się nutrigenetyka. Pomijając te subtelności, w obu przypadkach chodzi ostatecznie o to, by wykorzystać żywność do walki z chorobami i poprawy ogólnego stanu zdrowia.
Wiele uwagi badaczy zajmujących się nutrigenetyką poświęcone jest otyłości. W jednym z eksperymentów opracowano schemat diety ubogokalorycznej w oparciu o występowanie 24 wariantów genetycznych w 19 genach w celu zaproponowania indywidualnych programów odchudzających. W badaniu uczestniczyła grupa 50 osób otyłych, którym zaproponowano zestaw ćwiczeń oraz porady żywieniowe dostosowane do ich genotypu, aby zoptymalizować skład codziennej diety.
Grupa kontrolna liczyła 43 otyłych, którzy również otrzymali zestaw ćwiczeń oraz ogólne zalecenia żywieniowe, jak to zwykle praktykuje się w takich sytuacjach. Badacze wykazali, że osoby, które otrzymały zindywidualizowany program odchudzający, nie tylko uzyskały lepsze wyniki w redukcji masy ciała, ale także utrzymały ją na optymalnym poziomie w następnym roku1. Istnieją również doniesienia o wpływie pewnego polimorfizmu dla konwertazy angiotensynowej na stopień obniżenia ciśnienia tętniczego przez zmniejszenie ilości sodu w diecie.
Wykazano, że zastosowanie diety wysokosodowej u pacjentów z insercją w obu kopiach genu ACE wiązało się z istotnie wyższym wzrostem wartości ciśnienia tętniczego niż u osób z delecją w obu kopiach tego genu2. Jednak najlepsze wciąż przed nami. Dopiero bowiem stworzenie indywidualnego profilu zmian polimorficznych (np. mapowanie SnP), umożliwiającego oszacowanie ryzyka rozwoju określonej choroby lub zaburzenia, pozwoli na ewentualne wprowadzenie terapii prewencyjnej i/lub zmiany stylu życia w celu minimalizacji ryzyka lub – w przypadku ujawnienia się niekorzystnych cech – poprawy efektywności stosowanych metod terapeutycznych3.
1. Nutr J. 2007;6:29
2. Hypertension. 1996;27:569-572
3. Psychologia-etologia-Genetyka. 2012;25:41-56
Siła fitozwiązków
Nawet jeśli badania kliniczne wciąż są w powijakach, nauka osiągnęła już całkiem sporo, jeśli chodzi o odkrycie mechanizmów działania żywności funkcjonalnej na czynniki ryzyka chorób układu krążenia, nowotworowych, metabolicznych i innych. I chociaż podkreśla się synergiczny wpływ różnych aspektów stylu życia, można wskazać konkretne składniki o wyjątkowo korzystnych właściwościach, a zestawiając zawierające je produkty, stworzyć optymalny jadłospis. Oczywiście wszystko zależy od indywidualnych potrzeb organizmu oraz narażenia na konkretne schorzenia, ale istnieje coś, co można nazwać planem podstawowym.
Spożywanie przez tydzień imbiru sprawiało, że liczba komórek wykazujących uszkodzenia DNA i narażonych na kontakt z wolnymi rodnikami spadła z 10 do 8%.
Dr Mitchell L. Gaynor, onkolog i jeden z pionierów medycyny integracyjnej, w swojej książce pt. „Plan terapii genowej. Jak dietą i stylem życia wpłynąć na swoje dziedzictwo genetyczne” (Wydawnictwo Bukowy Las, 2016), zaleca przede wszystkim pełnowartościową żywność zamiast rygorystycznych czy egzotycznych diet, które trudno utrzymać w praktyce.
Przede wszystkim rekomenduje warzywa i owoce, które dzięki bioaktywnym związkom fitochemicznym (i ich wzajemnym interakcjom) oddziałują na nasz organizm aż po poziom genów i podstawowych mechanizmów komórkowych. Dzięki temu mogą zwiększyć wydzielanie adiponektyny (białka regulującego poziom cukru i tłuszczu), uśmiercać komórki nowotworowe i niezdrowe komórki tłuszczowe, redukować liczbę cząsteczek kancerogennych, wzmacniać działanie hormonów antynowotworowych oraz blokować powstawanie odżywiających je naczyń krwionośnych, zapobiegać efektom starzenia czy wspomagać działanie mitochondriów5.
Mowa tu o takich składnikach jak ajoen (obecny w czosnku), apigenina (m.in. w jabłkach, winogronach i herbacie), kwas tłuszczowy z grupy omega-3 – DHA (z ryb morskich), EGSG (galusan epigallokatechiny, obecny w zielonej herbacie), genisteina (soja), kwercetyna (kapary, jabłka, cebula) czy resweratrol z winogron i wina.
Przyprawy w służbie DNA
Często związki, po które sięga się w nurcie nutrigenetyki, są niepozorne. Przełomowe badanie6 porównujące zdolność różnych przypraw do tłumienia stanów zapalnych wśród ludzi (a więc in vivo) niejako przy okazji przyniosło również dane na temat ich wpływu na ochronę DNA. Okazuje się, że szczególne zasługi mają tutaj kurkuma, goździki, imbir i rozmaryn – i to już po 7 dniach stosowania.
Przykładowo spożywanie przez tydzień imbiru sprawiało, że liczba komórek wykazujących uszkodzenia DNA i narażonych na kontakt z wolnymi rodnikami spadła z 10 do 8%. Uwzględnienie dodatku tylko tego jednego składnika w diecie może obniżyć poziom uszkodzeń o 25%. Podobne efekty dawało stosowanie rozmarynu.
Hitem okazała się jednak kurkumina – nie tylko zadziałała dużo lepiej (redukując zniszczenia aż o połowę), ale też była skuteczna w niższej dawce (wystarczyła ok. 1/8 łyżeczki dziennie). Znaczenie może mieć zwłaszcza fakt, że ta przyprawa nie tylko jest przeciwutleniaczem, ale również zwiększa aktywność naszych wewnętrznych enzymów antyoksydacyjnych, takich jak katalaza. Spożywając równowartość ok. ¾ łyżeczki kurkumy dziennie, można poprawić wydajność tego enzymu w krwiobiegu nawet o 75%7!
Co więcej, badania przeprowadzone w Indiach pokazały, że kurkumina jako silny antyoksydant i środek antymutagenny może odgrywać pewną rolę ochronną przed rakotwórczym wpływem arszeniku obecnego w wodzie gruntowej. 3-miesięczna interwencja z użyciem tej przyprawy zmniejszyła uszkodzenia DNA, opóźniła wytwarzanie wolnych rodników tlenowych i peroksydację lipidów oraz podniosła poziom aktywności enzymów przeciwutleniających8.
Rola metylacji
Epigenetyka to nauka zajmująca się badaniem zmian ekspresji genów, które nie są związane ze zmianami w sekwencji nukleotydów w DNA. Ekspresja ta może być modyfikowana przez czynniki zewnętrzne (w tym składniki diety)1. O stopniu aktywności transkrypcyjnej genu decyduje w dużej mierze poziom metylacji DNA, czyli procesu przyłączania grup metylowych do zasad azotowych nukleotydów, który jest odpowiedzialny za wiele mechanizmów związanych z rozwojem organizmów – w szczególności za wytworzenie i utrzymywanie odpowiedniej specyfikacji tkankowej.
Metylacji podlega ok. 75% reszt cytozyny występującej w dinukleotydowych sekwencjach. Spośród kilku znanych metylotrasferaz, DNMT3B są odpowiedzialne za metylowanie DNA w procesie embriogenezy, ponieważ po zapłodnieniu i utworzeniu zygoty następuje znaczna demetylacja jej DNA.
Z tego powodu we wczesnym etapie embriogenezy dieta matki i środowisko mogą mieć duży wpływ na profil metylacji, a zaburzenia tego procesu mogą prowadzić do utrwalenia nieprawidłowego profilu metylacji DNA: hiper- lub hipometylacji sekwencji CpG. Ta pierwsza prowadzi do represji transkrypcji, natomiast hipometylacja wywołuje aktywację transkrypcji tych genów, które powinny pozostać wyciszone2. Profil metylacji DNA zmienia się pod wpływem diety, polimorfizmów pojedynczego nukleotydu w określonych genach oraz ekspozycji na czynniki środowiskowe. Niedobory kwasu foliowego, metioniny lub selenu mogą powodować hipometylację DNA, co z kolei prowadzi do niewłaściwej.
Antyoksydanty górą
Zdolność zmiatania wolnych rodników to cecha, która zdaje się wyróżniać związki korzystne z punktu widzenia ochrony DNA przed zniszczeniami. Podobnie działa choćby słynna witamina C. Brytyjscy i portugalscy naukowcy odkryli, że można wykorzystać ją do leczenia ran i ochrony komórek skóry przed uszkodzeniem DNA.
Przeanalizowali skutki przedłużonej ekspozycji na pochodną witaminy C, dwufosforan kwasu askorbinowego (AA2P), w fibroblastach skóry człowieka, a następnie sprawdzili, które geny są aktywowane w komórkach odpowiedzialnych za regenerację.
Wyniki pokazały, że witamina C może poprawić gojenie się ran poprzez pobudzanie spoczynkowych (nieaktywnych) fibroblastów do działu i sprzyjanie ich migracji do uszkodzonego obszaru, a także zwiększenie ich zdolności do naprawy potencjalnie mutagennych uszkodzeń DNA9. A zatem królowa witamin nie tylko przegania wolne rodniki, ale też może bezpośrednio przyczynić się do usunięcia uszkodzenia DNA.
Podobne mechanizmy decydują o tym, że przed uszkodzeniami skóry chroni nas jeden z karotenoidów – astaksantyna. Niekiedy uznaje się ją za najpotężniejszy antyoksydant, ponieważ udowodniono, że działa 10 razy silniej niż beta-karoten i 500-1000 razy efektywniej niż alfa-tokoferol (naturalna witamina E)10.
Dlatego też jest w stanie zredukować stres oksydacyjny wywołany naświetlaniem UV. Dodatkowo zaś powstrzymuje rozwój stanu zapalnego oraz chroni przed uszkodzeniami DNA komórek skóry i zmniejsza ich liczbę11. Również po forsownych ćwiczeniach astaksantyna zmniejsza uszkodzenia wywołane procesem utleniania w mięśniu sercowym i w mięśniach nóg, redukuje uszkodzenia DNA i obniża poziom markerów odpowiedzialnych za stan zapalny12.
Inny znany przeciwutleniacz to koenzym Q10 – eliksir młodości, który nie tylko skutecznie zwalcza wolne rodniki i podobnie jak kurkuma regeneruje enzymy antyoksydacyjne, ale również zapobiega peroksydacji lipidów oraz oksydacyjnym modyfikacjom białek i DNA.
Bardzo ważną funkcją CoQ10 jest też udział w wytwarzaniu energii w mitochondriach pod postacią cząsteczek adenozynotrójfosforanu (ATP). Wszystkie te właściwości sprawiają, że spadek poziomu tego koenzymu z wiekiem uznaje się za jedną z przyczyn przyspieszenia procesów starzenia i chorobotwórczych.
Megaważne mikroelementy
Jak wiadomo, procesy syntezy i naprawy DNA są regulowane przez niektóre witaminy i związki mineralne. Dotychczasowe badania wykazały przykładowo, że kwas foliowy, selen, a także arsen mają wpływ na poziom metylacji DNA13. Ten pierwszy jest niezbędny do prawidłowej syntezy DNA, a jego niedobór może być przyczyną zaburzonej metylacji i wzrostu uszkodzeń genomu14. U zwierząt doświadczalnych dieta pozbawiona kwasu foliowego, metioniny, choliny i witaminy B12 prowadziła do hipometylacji DNA wielu genów, jak również do hipermetylacji DNA niektórych genów w hepatocytach15.
Podobnie niedobory witamin E i B6 mogą być przyczyną pęknięć łańcuchów DNA lub utleniania zasad nukleinowych, a przez to stanowić przyczynę uszkodzeń. Tak samo dzieje się, gdy w organizmie brakuje żelaza lub cynku – oba te związki mają kluczowe znaczenie, jeśli chodzi o ochronę naszego genomu16.
Wyniki badań in vitro i in vivo wskazują, że poziom metylacji DNA zależy także od selenu. Dieta pozbawiona tego pierwiastka prowadzi do hipometylacji w wątrobie i jelicie grubym. Mechanizmy działania selenu nie są dokładnie poznane, ale wiadomo, że wzrost jego poziomu zmniejsza stężenie homocysteiny oraz korzystnie zmienia stosunek S-adenozylometioniny (SAM) i S-adenozylocysteiny (SAH), co z kolei zwiększa efektywność procesu metylacji cytozyny15.
NAD+, NADH, NMN...
Istnieje jeszcze jedna grupa bardzo ważnych związków – to nukleotydy, elementy składowe kwasów nukleinowych, czyli samego DNA (i RNA). Tak, je również możemy dostarczyć organizmowi z zewnątrz. A warto to zrobić, bo badania ostatnich lat koncentrują się na zdolności tych substancji do hamowania zniszczeń genomu oraz procesów starzenia. Jako eliksir młodości typowany jest zwłaszcza mononukleotyd nikotynamidowy (NMN), który stanowi prekursor NAD i NADH.
Ponieważ NADH jest kofaktorem procesów wewnątrz mitochondriów, sirtuin i PARP (rodziny białek biorących udział w wielu procesach komórkowych, takich jak naprawa DNA, stabilność genomowa i programowana śmierć komórki), NMN zaczęto badać na modelach zwierzęcych jako potencjalny środek neuroprotekcyjny i przeciwstarzeniowy. Jego właściwości związane są z mechanizmami umożliwiającymi komórkom naprawę uszkodzeń DNA. Badacze przyjrzeli się obecnemu w komórkach produktowi przemiany materii NAD+.
Wykazano, że utleniona forma tego związku odgrywa kluczową rolę w procesach naprawy DNA. Zespół zidentyfikował krytyczny etap procesu molekularnego, który umożliwia komórkom reperowanie uszkodzonego DNA i pokazał, że można go usprawnić.
Tym samym da się opóźnić, a być może nawet odwrócić procesy starzenia. Myszom podawano właśnie NMN – prekursor NAD+. Okazało się, że naprawa DNA nastąpiła już w pierwszym tygodniu stosowania substancji, i to do poziomu obserwowanego w młodych komórkach16. Być może więc jesteśmy całkiem blisko zwycięstwa w walce z czasem...
- 1. Pharmaceutical Research 2008;9:2097-2116
- 2. Proc Nutr Soc. 2009;68:162-172
- 3. Nature Rev Gen. 2009;10:241-251
- 4. J Nutrigenet Nutrigenomics. 2011;4:69-89; Physiol. Genomics 2004; 16:166-177
- 5. Mitchell L. Gaynor, Plan terapii genowej. Jak dietą i stylem życia wpłynąć na swoje dziedzictwo genetyczne; Wydawnictwo Bukowy Las, 2016, s. 46-47
- 6. J Am Coll Nutr 2012 Aug;31(4):288-94
- 7. Nutr J. 2012; 11:79
- 8. Hum Exp Toxicol. 2010 Jun;29(6):513-24
- 9. Free Radic Biol Med. 2009 Jan 1;46(1):78-87
- 10. Pure Appl.Chem. 1991;63:141-164; Lipids 1998; 33:751-756; Caretonoid Science 2007; 11:16-20
- 11. J of Derm.Science 2002; 30:73-84; Molecules 2012; 17: 2140-2160
- 12. Antioxidant & redox Signalling 2003; 5:139-144
- 13. Mech. Ageing Dev., 127:584-589
- 14. Mutation Res. 2001; 475:56-67
- 15. J. Nutr. 2003; 133:2907-2914
- 16. Science 2017 Mar 24;355(6331):1312-1317
