Nutrición Molecular ¿Escenario Práctico Posible?

Introducción

"La dieta es un factor ambiental
que afecta el estado nutricional y esto se ve reflejado en la
incidencia de varias enfermedades. Actualmente, la
nutrición y la genética unen varios esfuerzos y se
integran en un área de estudio, la denominada
genética nutricional"

La aplicación de las técnicas de la
biología molecular y el éxito del proyecto del
Genoma Humano ha cubierto una nueva era tanto en Medicina como en
Nutrición. Hasta la fecha al menos, 1000 genes humanos
causantes de enfermedades han sido identificados y parcialmente
caracterizados, el 97% de los cuales sabemos ahora que son
causantes de enfermedades monogénicas.

Sin embargo otras patologías como la obesidad,
enfermedad cardiovascular, diabetes, cáncer se deben a
complejas interacciones entre diversos genes y factores
ambientales.

En este sentido las ciencias de la nutrición
están descubriendo las que se han denominado ciencias
"ómicas". Impulsados por las recientes revelaciones del
proyecto Genoma Humano y los desarrollos tecnológicos
asociados, el genotipado, la transcriptómica, la
proteómica y la metabolómica ahora están
disponibles para utilizarlos en la investigación en
nutrición.

Así el desarrollo genómico se aproxima,
sin embargo, no se conocen con precisión algunos
componentes de la dieta y sus mecanismos, que influyen de forma
importante en la expresión de la información
genética y en las alteraciones
patológicas.

La industria alimentaria tiene la oportunidad de
utilizar los componentes bioactivos de los alimentos para mejorar
la salud y evitar las enfermedades teniendo en cuenta la
constitución genética de los consumidores , esta
nueva era de la nutrición molecular, interacciones genes
– nutrientes, puede crecer en diversas direcciones, aunque
hay dos esenciales. De una parte el estudio de la influencia de
los nutrientes sobre la expresión de genes
(nutrigenómica) y de otra conocer la influencia de las
variaciones genéticas en la respuesta de organismo a los
nutrientes (nutrigenética).

OBJETIVO

El presente trabajo pretende mostrar los avances de la
Nutrición Molecular, enfocándose en la
Nutrigenética y la viabilidad que esta pudiera tener a
nivel poblacional.

Justificación

Los datos mundiales nos indican que la incidencia y la
prevalencia de enfermedades crónicas varía entre
individuos, familias y países. En el noreste de Europa la
incidencia de fenilcetonuria es aproximadamente 1/10 000 nacidos
vivos, pero es mucho menor en africanos y en indios americanos.
La enfermedad celíaca ocurre 1/3000 nacidos vivos en
Estados Unidos, sin embargo en Irlanda se presenta con frecuencia
de 1/200. Estas diferencias se dan por interacciones y
variaciones de los factores ambientales y la
predisposición genética.

Ahora con el proyecto Genoma Humano, la genética
y la nutrición se integran en el cuidado de la salud, este
desarrollo emergente de la genómica nutricional es
prometedor en el contexto terapéutico de las enfermedades,
y más aún de la prevención, en el genoma
Humano hay cerca de 35,000 genes, entre los que hay varios alelos
y millones de pares diferentes entre individuos; algunas de estas
respuestas pueden afectar la respuesta individual frente al
ambiente nutricional. Las diferencias fenotípicas del ser
humano en salud y enfermedad se deben principalmente a esta
diversidad e individual genética propia de todos los
miembros de la especie, y de forma también importante a
las diferentes experiencias ambientales de cada uno. La
variabilidad genética individual es un determinante
crítico de los distintos requerimientos nutricionales. El
uso de diferentes técnicas moleculares ha permitido la
identificación de marcadores de diferente tipo
(polimorfismos de largo de los fragmentos de restricción,
marcadores de microsatélites, polimorfismos de un solo
nucleótido), que frecuentemente se utilizan para el
desarrollo de la cartografía cromosómica, y que van
a permitir seleccionar individuos susceptibles a dietas
específicas.

La información para los procesos
fisiológicos involucrados en la nutrición se
encuentra en el genoma, y determina que nutrientes y en
qué cantidades son necesarios para las respuestas
homeostáticas, teniendo como determinante de su
expresión final la interacción con la
dieta.

La genómica nutricional establece como principal
objetivo aportar el conocimiento que permita hacer un
diagnóstico y establecer un tratamiento nutricional,
basado en el genotipo individual mediante dos ramas principales:
nutrigenética y nutrigenómica.

DESARROLLO

Nutrición,
genes y salud

La nutrición es un proceso complejo que permite,
el ciclo de la vida, al que abastece de sustancia que participan
como fuentes de energía en la estructura celular y para el
control del metabolismo, para mantener así la
función y la homeostasis corporal.

Según algunos autores como Bourgues, el estado
nutricional es un fenotipo resultado de la interacción
entre la información genética de cada persona, su
medio físico, biológico, emocional y social. Los
factores involucrados en la homeostasis de los organismos son
varios, entre los que destaca la dieta, que influye en la
incidencia de enfermedades crónicas. Los alimentos
ingeridos tienen miles de sustancias biológicamente
activas, muchas de las cuales pueden tener un potencial
benéfico para la salud, y en algunos casos especiales
incluso pueden ser deletéreos, de esta manera la salud y
la enfermedad dependen de la interacción entre la
genética y el medio, lo que da lugar al
fenotipo.

Los componentes de la dieta pueden alterar la
expresión genómica de manera directa e indirecta.
Así celularmente hablando los nutrientes
pueden:

• Actuar como ligandos para la activación de
  factores de transcripción que favorezcan la
  síntesis de receptores

• Metabolizarse por rutas metabólicas primarias
  o secundarias, y de ese modo alterar la concentración
  de substratos o intermediarios.

• Influir de modo positivo o negativo en las rutas de
  señalización.

Polimorfismos
(SNPs) y mutaciones

Todos los humanos son idénticos en un 99.9% en lo
que se refiere a la secuencia genética; sin embargo
variaciones del 0.1% en la secuencia, ocasionan las diferencias
en los fenotipos (pelo, color de piel, altura, peso, etc.) y una
suceptibilidad individual para la enfermedad o para la salud. Las
alteraciones en el fenotipo son resultado de diferencias en la
expresión genética o de procesos moleculares
alterados.

La forma más común de variabilidad
genética son los polimorfismos e un solo
nucleótido (SNP por sus siglas en inglés "Single
Nucleotide Polymorphism"), que hace referencia a la
variación que afecta a un solo nucleótido en la
secuencia de ADN entre los individuos de una población.
Este tipo de variaciones debe darse al menos en 1% de la
población para considerarse como un SNP.

Existe cierta confusión a la hora de caracterizar
las distintas variantes genéticas identificadas en los
distintos estudios como SNPs o mutaciones. Las mutaciones
implican algún cambio en el material genético, que
puede ir desde un simple nucleótido a una pérdida
importante del material genético, por tanto engloban
también a los SNPs. Normalmente las mutaciones son
consideradas patológicas o anormales, mientras que los SNP
se pueden considerar variaciones normales en la secuencia de ADN
entre unos individuos y otros. Se podría decir que la
mayoría de los SNP proceden de mutaciones silentes,
representando màs del 90% de todas las variaciones
genómicas humanas. Estas aparecen cada 100 a 300 bases de
promedio, estimándose que el Genoma Humano contiene sobre
los 10 millones de SNPs.

Variantes
genéticas y su relación con la
enfermedad

La progresión desde un fenotipo sano a un
fenotipo con una enfermedad crónica debe producirse por
cambios en la expresión o por diferentes actividades de
proteína y enzima. Dado que los componentes de la dieta
son regularmente ingeridos y participan directa e indirectamente
en la regulación de la expresión genética,
un grupo de genes regulados por la dieta pueden estar
involucrados en el inicio, progresión y severidad de la
enfermedad. El ejemplo más claro de las interacciones
entre genotipo y dieta en enfermedades crónicas es la
diabetes tipo II, una condición que frecuentemente ocurre
en individuos obesos y sedentarios y en algunas minorías.
Una vez diagnosticados de Diabetes tipo II, algunos individuos
pueden controlar los síntomas incrementando la actividad
física y reduciendo el consumo de calorías, la
expresión de la información genómica se
modifica por el cambio de las variables de estilo de vida. Otros
individuos son difíciles de tratar mediante intervenciones
y requieren tratamientos con fármacos. Muchas enfermedades
crónicas no muestran la plasticidad del fenotipo vista en
algunos casos de DM II, es decir, los síntomas no son
reversibles después del algún evento iniciador. Sin
embargo, las interacciones del genotipo con la dieta contribuyen
a la incidencia y severidad de la obesidad, ateroesclerosis,
muchos tipos de cánceres, asma y enfermedades
crónicas.

Muchos laboratorios caracterizan la expresión de
genes candidatos en los diversos tejidos de animales de
laboratorio sometidos a dietas variables y/o restricción
calórica. Las tecnologías del DNA y de los
oligoarray han extendido esta aproximación a
múltiples genes cuyos productos participan en las rutas
metabólicas.

El estudio de la regulación de genes
únicos o múltiples por la dieta requiere
:

• Determinar las causas del cambio de expresión
  de cada gen ¿Cuál o cuales son los subgrupos de
  genes responsables de un fenotipo concreto?

• ¿es el patrón de expresión de
  genes único para ese genotipo? Las investigaciones
  sugieren que los sujetos tienen patrones de expresión
  de genes único en función de la dieta y del
  genotipo. Las diferencias individuales -cuantitativas,
  cualitativas- complican los intentos de encontrar patrones en
  la expresión de genes modificados por la
  dieta.

Además conocer la dieta de los sujetos es
difícil, ya que ha de ser recordada y con frecuencia el
recuerdo puede ser impreciso. Por otro lado es poco factible
controlar la dieta en estudios poblacionales de gran
tamaño, por lo que la identificación entre la dieta
y la expresión de los genes es todo un reto.

Una estrategia consiste en separar los factores de
confusión en el análisis de los cambios inducidos
por la dieta sobre los patrones de expresión génica
en animales de laboratorio o humanos. También la presencia
de enfermedad puede considerarse una influencia ambiental que
afecta el patrón de expresión de genes. Por ejemplo
la presencia de obesidad enmascara un loci (locus:
posición fija de un cromosoma, como la posición de
un gen o un biomarcador) adicional de DM II en ratones
.

El criterio para identificar un gen candidato de
enfermedad es:

• 1. Los genes deben ser diferencialmente
  regulados por la dieta y/o 2. Por el genotipo y 3. Deben
  estar localizados en regiones cromosómicas ;
  denominadas estrategias para la identificación que
  causan enfermedades monogénicas (las causadas por
  mutación o alteración en la secuencia de ADN en
  un solo gen). Las estrategias para la identificación
  de genes que causan enfermedades crónicas en humanos
  han avanzado tras la identificación de genes que
  causan enfermedades monogénicas.

Por otro lado, en la complejidad de la
interacción gen – ambiente intervienen
múltiples factores: interacciones epigenéticas
entre genes, interacciones dieta – genes, y la "historia
ambiental", los períodos largos de exposición a
cambios en la dieta pueden alterar la expresión de la
información genética.

Nutrición
individual según el genotipo: estudio del entorno
científico

Una intervención dietética basada en un
conocimiento de los requerimientos nutricionales y en el
genotipo, es la óptima para prevenir, mitigar, o curar las
enfermedades crónicas. Esta afirmación es obvia
para las deficiencias nutricionales tales como escorbuto,
beri-beri y el daño potencial de la fenilalanina de la
dieta en la fenilcetonuria.

Las enfermedades sobre las que se han recopilado y
analizado se han estructurado de la siguiente manera:

• 1. Enfermedades Monogénicas

• Enfermedad Celiaca

• Hipercolesterolemia Familiar

• Fenilcetonuria

• Galactosemia

• Intolerancia a la Lactosa

• 2. Enfermedades multifactoriales

• Enfermedades cardiovasculares

• Obesidad

• DM II

• Cáncer

• Alteraciones en el metabolismo de los
  lípidos

• 3. Otras enfermedades
  multifactoriales

• Osteoporosis

• Enfermedades Neurodegenerativas

La intervención directa para la prevención
o el tratamiento de una enfermedad crónica es
inherentemente más difícil, ya que múltiples
genes interactúan entre sí y con las variables
ambientales contribuyendo a la etiología de la enfermedad.
Identificar los genes que contribuyen mayoritariamente al inicio
o la progresión de las enfermedades
crónicas

Bases
científicas de la nutrigenética

El papel importante que tiene la dieta en la
etiología de las enfermedades fue reconocido en primer
lugar en las enfermedades monogénicas y posteriormente en
las multifactoriales (más frecuente en los adutos). En
estas enfermedades el avance más importante se ha dado en
las enfermedades cardiovasculares, pues también son el
grupo de enfermedades frecuentes en que se es posible medir
más fácilmente las interacciones
gen-dieta.

Para adentrarnos más, hay que diferenciar primero
las dos ramas que tiene la genómica nutricional:
nutrigenómica y nutrigenética.

La nutrigenómica, pretende proporcionar un
conocimiento molecular en los componentes de la dieta que
contribuyen a la salud mediante la alteración de la
expresión y/o estructuras. Así por ejemplo, la
nutrigenómica estudia el papel de los acidos grasos
poliinsaturasdos en la expresión genética de su
oxidación y utilización de energía. Un
concepto básico es que la progresión desde un
fenotipo sano a un fenotipo de disfunción crónica
puede expresarse por cambios en la expresión
genética o por diferencias en las actividades de
proteínas y enzimas como se mencionó anteriormente,
y que los componentes de la dieta directa o indirectamente
regulan la expresión de la información
genética.

Por otro lado la nutrigenética es una ciencia
aplicada marcada por los paradigmas de la farmacología
nutricional en relación con los polimorfismos y la
experiencia clínica. Así como la
farmacogenética busca mejorar el diseño de
fármacos, según la influencia de las variaciones
genéticas en el metabolismo de los xenobióticos y
en las dianas de fármacos en el paciente, la
nutrigenética ofrece la posibilidad de personalizar la
nutrición de acuerdo con la constitución
genética de los consumidores , teniendo en cuenta el
conocimiento de las variantes genéticas que afectan el
metabolismo de los nutrientes y a las dianas de estos. Un ejemplo
serían los individuos con diferentes valores de colesterol
sérico y presión arterial por variaciones
genéticas, aún con dieta estándar. Estas
variaciones individuales se dan como polimorfismos, definidos
como la diferencia en la secuencia del ADN en individuos, que
pueden determinar el estado de salud y que se presentan en
más del 1% de la población.

Las recomendaciones de ingestión de nutrientes
pretenden cubrir las necesidades del 95% de la población
sana; sin embargo para la realización de recomendaciones
individualizadas; la complejidad aumenta y se requiere de
información de subgrupos con perfiles genéticos
diferentes y sus interacciones con las dietas. Estos resultados
están actualmente disponibles en relación con
algunos genes y sólo para pocos nutrientes.

Sin embargo el perfil nuti-genético NUTRIGEN que
consiste en un chip ADN de genotipado, en diferentes laboratorios
analiza 18 polimorfismos en
14genesAPO,APOE,MTHFR,VDR,GNB3,COMT,SOD2,CYO1A1,CYP1B1,GSTP1,GSTM1,
GSTT1,NAT2 Y IL6) relacionados con: metabolismo de
lípidos, los procesos de metilación de ADN y
metabolismo óseo, la proliferación celular, el
metabolismo de glucosa/insulina, la inflamación
crónica y la defensa antioxidante. A medida que incremente
la información sobre estos polimorfismos y su
relación con condiciones mórbidas, la
información nutricional y las recomendaciones se
centrarán en poblaciones más
específicas.

La importancia de estas investigaciones radica en que
abren una vía para mejorar por ejemplo el tratamiento de
la obesidad (PGO), según su perfil genético, se ha
demostrado que la alteración de un determinado gen
(receptor adrenérgico beta 2) hace que la persona que
sufre dicha alteración engorde si no hace ejercicio con
regularidad . Si identificamos pues este defecto genético
en un determinado paciente obeso, deberemos resaltar en un
tratamiento la realización de ejercicio por encima de la
limitación de grasas, ya que la causa principal de su
obesidad sería la falta de ejercicio.

Igualmente y por lo que respecta a la
metabolización de los distintos nutrientes, la base
genética hace que cada persona metabolice de forma
diferente las proteínas, los HCO y las grasas; se ha
demostrado que ciertas personas sufren mutación en el gen
PPAR deben limitar la ingesta de grasas, de esta forma se
preferente modificar otros hábitos para tratar su obesidad
de forma más efectiva. De esta manera sabremos de antemano
cual será la mejor estrategia terapéutica (dieta
muy hipocalórica, dieta pobre en Grasas o dieta pobre en
HCO.)y cual es la mejor combinación (dieta + ejercicio,
dieta + medicamento).

Se estima que más de un 30% de los casos de
obesidad tienen base genética. Además dentro de los
casos de sobrepeso límite, una gran mayoría
entraría dentro de los polimorfismos llamados ahorradores
de energía, es decir, aquéllos perfiles que de
alguna manera las calorías las aprovechan más o
dicho de otra manera que su metabolismo esta más adaptado
para épocas de carecía a fin de poder almacenar la
energía en forma de tejido graso.

El análisis se realiza con 3 gotas de sangre que
se depositan en una tarjeta específica, para que el
laboratorio identifique los genes específicos de los
polimorfismos analizados (INSIG2: En caso de personas con
familiares con sobrepeso, MC4R, ADRB2: cuando se incrementa de
peso fácilmente con dietas libre en HCO y que responden
mal a Actividad físico-deportiva, APOAV: cuando se
responde bien a la dieta baja en grasa, estando asociado con
mayor riesgo cardiovascular, GNB3).

Todo eso sin dejar a lado la valoración de la
historia clínica-nutricional, que abarque Antecedentes
Heredofamiliares, historial de dietas, administración de
complementos o suplementos, intolerancias y alergias alimentarias
, así como, la valoración antropométrica
como peso, talla, %grasa corporal, ICC, Perímetro
Abdominal, %PT, %PH, Masa magra, masa grasa, PI, etc. En
síntesis el ABCD de la Nutrición.

EVIDENCIAS DE LA GRASA DIETÉTICA EN LA
CONDICIÓN DE INSULINORRESISTENCIA: AGS en la dieta y su
acción Nutrigenética.

La evidencia de que la grasa saturada propende sobrepeso
e insulinorresistencia e hiperinsulinemia compensadora (IR-HCO),
y sus comorbilidades: estado inflamatorio crónico, riesgo
vascular, diabetes II y ciertos cánceres es abrumadora.
Los ácidos grasos saturados propenden al sobreconsumo por
acciones sobre los mecanismos sobre los mecanismos centrales del
control alimentario y los centros vinculados al placer. En ratas,
que AGS determinan regulación descendente del receptor
largo de la leptina en el hipotálamo. Como una de las
funciones principales de la leptina es controlar el apetito, la
disminución de su acción libera vías
orexígenas y lipogénicas

En ratas y humanos se ha demostrado que los AGS de
cadena larga se relacionan con insulinorresistencia, en estudios
randomizados, los pacientes con sobrepeso son màs
suceptibles de desarrollar insulinorresistencia frente a una
dieta rica en AGS predominando a nivel plasmático en forma
de TGL.

Existe evidencia creciente de que los ácidos
grasos vegetales hidrogenados (AGTrans) actúan en el mismo
sentido, con posible mayor impacto metabólico en los
cambios adversos en lipoproteínas. La hidroxilación
de AGPI vegetales impide su efecto hipolipemiante y genera por lo
contrario, disminución de HDL colesterol y aumento de LDL
Colesterol. El predominio o exceso de ambos AGS, AGTrans, en la
dieta se relacionan con apetito, obesidad e IR-HC, determinando
un aumento de las enfermedades vasculares, DM II y ciertos
cánceres. Los AGS y AGTrans están directamente
relacionados con las grandes epidemias sanitarias del nuevo
milenio.

Conclusiones

En el futuro, la información genética
podrá utilizarse en el tamizaje de poblaciones o grupos de
riesgo para determinar la susceptibilidad a desórdenes de
alta prevalencia, como enfermedades cardiovasculares, diabetes y
cáncer para así permitir aplicar medidas de
prevención.

En los próximos años la
nutrigenética resultará crucial en el éxito
de la nutrición individualizada y es previsible que
modifique los hábitos alimentarios de la
población.

La población debe concientizarse de su
responsabilidad sobre su salud y sobre la importancia de sus
hábitos y decisiones dietéticas. Así es
previsible que la nutrigenética presente dos niveles de
aplicación en el futuro: en el tratamiento de enfermedades
(por ejemplo, del metabolismo lipídico, DMII, etc.), pero
también en la prevención primaria de las
enfermedades de la población general.

La Nutrigenética puede ser la piedra angular de
la Medicina Predictiva en Medicina Antienvejecimiento, es decir,
la información contenida en nuestro genoma podemos
conseguir un envejecimiento satisfactorio a través de
cambios de nuestra conducta.

Por otro lado existe un interés creciente por
parte de las compañías del "sector
alimentario", sobre los alimentos nutraceúticos y la
diversificación de los productos en el mercado, previendo
que esta tendencia crecerá en los próximos
años; para ello las grandes multinacionales están
realizando diversas inversiones en investigación,
uniéndose a consorcios europeos, lo que deberá de
proporcionar el campo de visión adecuado para desarrollar
este tipo de alimentos personalizados a cada perfil
genético.

Finalmente, aún surgen varias interrogantes:
¿Todas las personas tienen solvencia económica para
la realización del Perfil Genético que nos arroje
los Polimorfismos que presenta para de ahí partir a la
dieta individualizada?, aún cuando se tenga un resultado
sobre los Polimorfismos existentes, ¿Tendrán acceso
a los productos Nutraceúticos, en caso de que sean
necesarios?… y ¿Relamente es un escenario
práctico posible?.

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Autor:

L.N. Cristina Sarai Contreras
Martínez

UNIVERSIDAD AUTONÓMA DE DURANGO

"CAMPUS ZACATECAS"

MESA DE TRABAJO:
Nutrigenética

NOMBRE DEL TRABAJO: Nutrición
Molecular ¿Escenario Práctico
Posible?

Fecha de elaboración: 9 de Mayo de
2011