Nutrigenómica

Sep 24, 2019

La nutrigenómica es una rama de la genómica nutricional que pretende proporcionar un conocimiento molecular (genético) sobre los componentes de la dieta que contribuyen a la salud mediante la alteración de la expresión y/o estructuras según la constitución genética individual. La nutrigenómica es básicamente el estudio de las interacciones entre el genoma y nutrientes.

Algunos principios de la genómica nutricional son:

  • Hay acciones de los componentes de la dieta sobre el genoma humano que, directa o indirectamente, pueden alterar la expresión o estructura de los genes;
  • en algunos individuos y bajo ciertas circunstancias, la dieta puede ser un factor de riesgo de una enfermedad;
  • algunos genes regulados por la dieta (y sus variantes comunes) pueden desempeñar un papel en el inicio, en la incidencia, en el avance o en la severidad de las enfermedades crónicas;
  • el grado en el cual la dieta influye sobre el binomio salud-enfermedad puede depender de la constitución genética individual, y
  • cualquier intervención dietética basada en el conocimiento de las necesidades nutricionales, el estado nutricional y el genotipo (por ejemplo, «la nutrición individualizada») será útil para prevenir, mitigar o curar las enfermedades crónicas.

La ciencia de la nutrición incorpora, en el siglo XXI, el conocimiento del metabolismo, de las interacciones genes-nutrientes y de los alimentos, con la finalidad de mejorar la alimentación y la salud y ofrecer, cada vez más, una nutrición personalizada.

Puede entenderse que uno de los pilares fundamentales de la nutrición moderna es el desarrollo de la nutrigenómica. De hecho, una mejora en la alimentación y, en consecuencia, de la salud pasa ineludiblemente por la demanda de nuevos especialistas en nutrición capaces no sólo de entender la nutrición desde un punto de vista clásico, sino también de aplicar e incorporar las nuevas tecnologías de la era postgenómica (como la genómica funcional, la Epigenómica, la transcriptómica, la proteómica y la metabolómica), de conocer los conceptos de biología sistémica, de aplicar estos conocimientos que aportan las nuevas tecnologías genómicas a casos concretos, de ser capaces de conocer con más profundidad las interacciones genes-nutrientes, de tener un buen conocimiento sobre los alimentos funcionales y su industria, de estar bien entrenados también dentro del campo de la seguridad alimentaria y conocer las leyes que regulan este campo, y de poder llegar en un futuro, integrando todo esto, no simplemente a dar consejos generales a la población sobre la salud, sino de establecer realmente lo que se conoce como nutrición personalizada, que considera tanto las propiedades saludables de los componentes de los alimentos como los antecedentes genéticos de cada persona, con el fin de mejorar su calidad de vida.

Aunque se han invertido considerables recursos de todo tipo en mejorar la tecnología para la medición del genoma y los sistemas biológicos, la evaluación de la ingesta dietética sigue siendo inadecuada. La investigación sobre nutrigenómica permite comprender los efectos de la ingesta dietética en la salud y podría ser útil en un futuro para combatir la obesidad.

La Genómica Nutricional definida por varios autores como:
    • La aplicación de tecnologías genómicas funcionales de alto rendimiento en la investigación nutricional. Estas tecnologías pueden ser integradas con las bases de datos de secuencias genómicas y con la variabilidad genética interindividual, permitiendo que el proceso de expresión génica sea estudiado con muchos miles de genes en paralelo.
    • La integración de la biología de sistemas en la investigación nutricional.
    • El estudio de las relaciones moleculares entre estímulos nutricionales y la respuesta de los genes.
    • Puede ayudar a los científicos a interpretar la compleja interacción gen-nutriente y el vínculo entre las anormalidades genéticas y la enfermedad, a analizar e integrar los vastos conjuntos de datos que estas técnicas y estudios producen y, después, a identificar nuevos biomarcadores.
    • La aplicación de herramientas genómicas de alto rendimiento en la investigación nutricional aplicada sabiamente, favorecerá una mejor comprensión de cómo la nutrición influye en las vías metabólicas y en el control homeostático, de cómo esta regulación es obstaculizada en la fase temprana de una enfermedad relacionada con la dieta,  y hasta qué punto los genotipos individuales sensibilizantes contribuyen a tal enfermedad.
    • Se ocupa de la interacción entre los nutrientes y la expresión de los genes utilizando técnicas como la de las microsecuencias de ADN y la PCR4 en tiempo real. Implica la caracterización de los productos génicos y de la función e interacciones fisiológicas de sus productos; lo último incluye el cómo los nutrientes tienen un impacto sobre la producción y la acción de productos génicos específicos y cómo estas proteínas, a su vez, afectan a la respuesta frente a los nutrientes.
      .

Pasado, presente y futuro

La principal contribución práctica a la salud pública de la investigación en torno a la nutrición está en definir las mejores recomendaciones dietéticas, destinadas a prevenir la enfermedad y a promover una salud óptima. A este efecto, y basadas en las mejores pruebas científicas disponibles en el momento, se han elaborado diferentes guías dietéticas que tienen como finalidad mejorar la salud de la población en general y la de personas con un alto riesgo de sufrir ciertas enfermedades (por ejemplo, enfermedad cardiovascular [ECV], cáncer, hipertensión y diabetes).

En cualquier caso, las orientaciones dietéticas pasadas y presentes han dejado de tener en cuenta las enormes diferencias que se dan en la respuesta de cada persona a la ingesta de nutrientes.

Esta variabilidad de la respuesta puede afectar enormemente a la eficacia de estas recomendaciones a escala individual.

Estamos lejos de tener una comprensión completa de los mecanismos responsables de las diferencias interpersonales en la respuesta dietética. No obstante, durante décadas se ha propuesto que existe un componente genético7, aunque los investigadores no han empezado a analizar estas interacciones nutrientegen a nivel molecular hasta hace muy poco.

En cualquier caso, los resultados de los estudios orientados a elucidar las interacciones nutriente-gen para las enfermedades comunes han sido controvertidos y no concluyentes. Aun así, estas enfermedades se potencian por las interacciones entre los genes específicos y los factores ambientales8. Estas interacciones son dinámicas, de manera que empiezan en el momento de la concepción y continúan a lo largo de la vida adulta. El concepto de “ambiente” es amplio y complejo, y con frecuencia se le ha asociado al consumo de tabaco y de drogas, a la exposición a tóxicos, al nivel de formación y al estatus socioeconómico. Pero el factor ambiental al que estamos todos expuestos de manera continua es el de la ingesta de alimentos, desde la concepción hasta la muerte. Por ello, los hábitos dietéticos conforman el factor ambiental más importante en la modulación de la expresión génica durante la vida de cada persona.

El destacado papel que tiene la dieta en la etiología de la enfermedad fue reconocido en primera instancia para los casos de enfermedades monogénicas, y más adelante para las afecciones multifactoriales. El progreso en esta área se basa en la identificación de los genes clave implicados en el desarrollo de la enfermedad y de relevancia para la elucidación del impacto de su variación sobre la salud y la enfermedad. Este conocimiento lo ha proporcionado la información generada a partir del Proyecto del Genoma Humano, que está preparando el camino para el descubrimiento de los genes y para una exploración más exhaustiva de las interacciones gen-nutriente o gen-dieta.

El concepto de la interacción gen-dieta describe la modulación del efecto de un componente dietético sobre un fenotipo específico (concentraciones de lípidos en plasma, obesidad, glucemia, etc.) por un polimorfismo genético. En ocasiones, esta noción hace referencia a la modificación dietética del efecto de una variante genética sobre un rasgo fenotípico. En términos de interacciones gendieta para las enfermedades comunes multifactoriales, el desarrollo más rápido se ha dado en el ámbito del riesgo de ECV, cuyos factores de riesgo se han medido fácilmente (por ejemplo, las concentraciones plasmáticas de colesterol). Algunos ejemplos de interacciones gen-dieta preliminares sobre el metabolismo lipídico fueron revisados y han sido objeto de recientes estudios. Los beneficios potenciales de aprovechar el poder de la genómica para la prevención dietética de las enfermedades son enormes, y éste es el enfoque que se considera de futuro para la investigación nutricional en la era posgenómica.

Hoy por hoy, la modificación genética en los humanos ni es técnicamente posible ni está admitida desde el punto de vista ético, así que los genetistas utilizarán su conocimiento basado en la genómica para recomendar cambios del comportamiento personalizados, que deberían suponer una prevención y un tratamiento de la enfermedad más eficaces.

La revolución genómica ha catapultado el desarrollo de diferentes nuevas tecnologías que pueden ser aplicadas a las ciencias nutricionales.

Las técnicas genómica, proteómica, metabonómica y bioinformática ya están comenzando a despuntar para facilitar el estudio de las interacciones gen-nutriente a nivel celular, personal y poblacional. En la era posgenómica, las tecnologías tradicionales de secuenciación del ADN y de genotipado serán sustituidas por nuevos enfoques que utilicen secuencias de ADN y otras técnicas de altorendimiento.

La  transcriptómica es hoy posible mediante la utilización de microsecuencias que pueden perfilar las pautas de expresión génica de miles de genes, o incluso del genoma entero en un solo experimento. La proteómica permite actualmente a los genetistas estudiar el cultivo completo de proteínas de una célula o tejido, en cualquier momento dado, y esto les permitirá determinar el papel de las proteínas dentro de las células, e incluso el papel de las moléculas con las
que ellas interactúan.

Por último, la metabonómica facilitará la investigación de las vías metabólicas, utilizando biomarcadores no invasivos. Todas estas técnicas pueden y deberían combinarse para llegar a comprender la influencia de los nutrientes específicos y de las pautas dietéticas completas sobre el comportamiento metabólico de las células, los órganos y el organismo entero.

Este reto puede ser abordado utilizando la bioinformática y la quimiométrica, que proporcionan las herramientas para el manejo de las complejas estructuras de datos proporcionados por la genómica, la transcriptómica, la proteómica y la metabonómica, y constituyen lo que conocemos como genómica funcional, también llamada biología de sistemas.

El desarrollo de la biología de sistemas transformó el concepto de la interacción gen-nutriente, convirtiendo el enfoque que antes se basaba en el reduccionismo tradicional, para estudiar el efecto de un nutriente sobre un evento metabólico concreto, en un enfoque holístico, mediante el que una fracción significativa de todos los genes y metabolitos regulados puede cuantificarse de manera concurrente. Desde el punto de vista holístico, el todo es la interacción dinámica de todas las partes. Según Hoffmann, estos objetivos pueden cumplirse si los científicos tienen:

a) conocimiento de las partes (nutrientes, alimentos y pautas dietéticas);

b) información válida: un adecuado diseño experimental, evaluaciones dietéticas y métodos estadísticos;

c) herramientas para estudiar y visualizar modelos e interacciones más complejos, y

d) una gran potencia informática para integrar la información, y en caso de que se adopte un enfoque interdisciplinar, a través de la transgresión de los límites entre y más allá de las disciplinas y de las instituciones.

Propulsada por estos paradigmas y tecnologías, la ciencia nutricional ha acuñado el nuevo, y todavía indefinido, término de “genómica nutricional” o “nutrigenómica”.

Una de las primeras referencias a este término en la literatura científica fue la de DellaPenna, en 1999, quien define la genómica nutricional como el enfoque general al descubrimiento génico que es, a día de hoy, más aplicable a los compuestos de importancia nutricional que son sintetizados o acumulados por las plantas y otros organismos. Esta definición, que describe la investigación en la interfaz de la bioquímica vegetal, la genómica y la nutrición humana, tiene el objetivo concreto de diseccionar y manipular las vías metabólicas en los vegetales, con objeto de mejorar las cualidades nutricionales de los cultivos en pro de la salud humana.

Dos años después, Watkins incorporaron el concepto de variación genética individual en la agricultura, sugiriendo que la nutrición personalizada podría definir el valor añadido de la próxima generación de alimentos y cultivos.

Hoy en día, el desarrollo de nuevos alimentos es una de las muchas aplicaciones de la genómica nutricional bajo el paraguas de su objetivo general, que es el de estudiar las influencias de la nutrición sobre todo el genoma. Por ello, la genómica nutricional representa la aplicación de la biología de sistemas a la investigaciónnutricional y promueve una mayor comprensión de:

a) cómo la nutrición influye en las vías metabólicas y en el control homeostático,

b) cómo esta regulación se ve alterada en la fase temprana de  una enfermedad relacionada con la dieta, y

c) hasta qué punto los genotipos individuales sensibilizadores contribuyen a tal enfermedad.

Comenzaremos revisando el estado actual de nuestros conocimientos sobre nutrigenómica a nivel de poblaciones. Como la principal limitación de la genómica nutricional es la falta de estudios epidemiológicos bien diseñados y adecuadamente llevados a cabo, lo que más se pone de relieve es la aplicación de los principios epidemiológicos al estudio de la genómica nutricional, no sólo para interpretar los resultados de los estudios publicados, sino también para proporcionar una guía para el diseño de nuevas investigaciones en esta área.

Fuente: Nutrigenómica. José María Ordovas, Rafaél Cardena y Dolores Corella.