Genetické odlišnosti v metabolizme vitamínov môžu zmeniť ich využitie na personálnej úrovni, pričom mieru rizika spôsobených komplikácií je možné odhadnúť na základe genetických dát.  

1,2Doc. Ing. Radoslav Židek, 2PhD., Ing. Lubomír Belej, PhD. 1NU3Gen s.r.o, 2Katedra hygieny a bezpečnosti potravín. Fakulta biotechnológie a potravinárstva, SPU v Nitre 01.11.2021

Súhrn: Nutrigenomika je moderná a rýchlo sa vyvíjajúca veda vychádzajúca z celogenómových asociačných štúdií GWAS. Genetické odlišnosti v metabolizme vitamínov môžu zmeniť ich využívanie na personálnej úrovni, pričom mieru rizika spôsobených komplikácií je možné odhadnúť na základe genetických dát. Medzi dôležité gény zapojené do metabolickej dráhy ovplyvňujúce hladinu vitamínu D patria gény GC väzobný proteín pre vitamín D (GC), 7 dehydrocholesterol reduktáza (DHCR7) a konkrétny člen rodiny cytochrómov 450 s označením CYP2R1 a CYP24A1. Viaceré štúdie potvrdzujú, že kumulácia bežných mutácií obsiahnutých v týchto génoch má za následok zmeny v hladinách cirkulujúceho 25-hydroxy vitamínu D.
Kľúčové slová: nutrigenomika, genetický polymorfizmus, vitamín

Abstract: Nutrigenomics is a modern and rapidly evolving science based on the genome-wide association studies GWAS. Genetic differences in vitamin metabolism can alter their use at the personnel level, and the degree of risk of complications can be estimated from genetic data. Important genes involved in the metabolic pathway affecting vitamin D levels include the GC vitamin D binding protein (GC) genes, 7 dehydrocholesterol reductase (DHCR7), and a specific member of the cytochrome 450 family of CYP2R1 and CYP24A1. Several studies confirm that the accumulation of common mutations in these genes results in changes in circulating 25-hydroxy vitamin D levels.
Key words: nutrigenomics, genetic polymorphism, vitamin

Úvod
Vitamíny sú dôležitou zložkou stravy nevyhnutnou pre rast, normálne fungovanie metabolizmu u všetkých živých organizmov. Sú integrálnou súčasťou koenzýmov, dokážu ovplyvňovať katalytické aktivity mnohých enzýmov a expresiu transportných systémov. Genetická variabilita v génoch zodpovedných za metabolizmus a transport látok dokáže ovplyvňovať mieru, akou je telo vystavené liečivám a ich metabolitom, čo vedie k jedinečnému spôsobu, akým sa každé ľudské telo vie vysporiadať s chemickými látkami, liečivami a toxínmi (1). Na základe rozpustnosti môžeme rozdeliť vitamíny do dvoch základných skupín. Zástupcami vitamínov rozpustných vo vode sú hlavne kyselina askorbová (vitamín C) a vitamíny B-komplexu. Dôležitým prvkom ľudskej výživy zvlášť v období zaťaženého imunitného systému by mali byť vitamíny nerozpustné v tukoch, ktoré možno rozdeliť do základných skupín: retinol (A), tokoferol (E), kalciferol (D) a fylochinón (K). Nesprávny príjem vitamínov rozpustných v tukoch môže spôsobiť zdravotné komplikácie rovnako pri ich nedostatku, ako prebytku (2). Vitamíny rozpustné v tukoch sú zložkou potravy s mnohými biologickými úlohami, ktoré sú nevyhnutné pre správne fungovanie buniek. Ich pôsobenie je striktne viazané na ich koncentráciu v cirkulárnej krvi. S výnimkou vitamínu D3, ktorý si dokáže telo syntetizovať, je nevyhnutné ostatné vitamíny – A, E a K prijať v strave. V strave sa prevažne nachádzajú vo forme provitamínov, ktoré je potrebné v procese trávenia jedným alebo viacerými krokmi biotransformácie zmeniť na finálnu aktívnu formu vitamínu (3).

Genetika a vitamíny
Vitamíny nedokážu plniť svoje funkcie v ľudskom tele bez množstva enzýmových transportérov, receptorov a väzobných proteínov zapojených do absorpcie, distribúcie, metabolizmu a exkrécie vitamínov. Pokiaľ nastane genetický polymorfizmus v kódujúcej časti spomenutých proteínových systémov, ich funkčnosť sa môže odlíšiť od normálneho prejavu. Tento stav pozorovaný v procesoch liečenia ochorení (4, 5) poukázal na individuálnu variabilitu v jednobodových polymorfizmoch (SNP) a ich vzťah k bio aktivite vitamínov A, D, E, K a niektorých karotenoidov ako aj fytoesterolov. Identifikované jednobodové polymorfizmy (SNP) nachádzajúce sa v kódujúcich oblastiach alebo v ich blízkosti ovplyvňujú vstrebávanie provitamínov, prípadne samotnú produkciu enzýmov zapojených do ich metabolizmu a transportu. Fenotypový účinok každého SNP je zvyčajne nízky, ale kombinácia SNP môže vysvetliť významnú časť variability. Zlepšené pochopenie regulačných princípov, ktorými sa riadi homeostáza karotenoidov chrániacich tkanivá a vitamínov rozpustných v tukoch, sa stane nevyhnutnosťou. Tieto poznatky o celkovej pôsobnosti spoločnej genetickej variability budú v blízkej budúcnosti viesť k personalizovaným odporúčaniam pre výživu, prípadne suplementáciu (6).

Odchýlky v metabolizme vitamínu D
Vitamín D je rozhodujúci pre udržanie zdravia pohybového aparátu a môže tiež zohrávať úlohu v extraskeletálnych tkanivách. Determinujúcim faktorom pre koncentráciu 25-hydroxy vitamínu D je príjem prekurzorov v strave a vystavenie sa slnečnému žiareniu. Vysoká miera dedičnosti však poukazuje na dôležitú úlohu genetických faktorov (7). Množstvo primárnej formy cirkulujúceho vitamínu D, 25-hydroxy-vitamínu D, je vzájomne asociované s viacerými klinickým komplikáciami vrátane osteoporózy, roztrúsenej sklerózy, vybraných malignít a najmä kolorektálneho karcinómu, pričom krivica je najbežnejšia expresia závažného klinického nedostatku vitamínu D u detí (8). Osobné, sociálne a kultúrne faktory sú dôležitými determinantmi dostupnosti vitamínu D prostredníctvom ich účinkov na slnečné žiarenie a diétu. Na udržanie stavu vitamínu D je potrebná dostatočná expozícia ultrafialovému svetlu alebo adekvátny príjem zo stravy alebo doplnkov. Medzi dôležité gény zapojené do metabolickej dráhy ovplyvňujúce hladinu vitamínu D patria gény GC väzobný proteín pre vitamín D (GC), 7 dehydrocholesterol reduktáza (DHCR7) a konkrétny člen rodiny cytochrómov 450 s označením CYP2R1 a CYP24A1. Viaceré štúdie potvrdzujú, že kumulácia bežných mutácií obsiahnutých v týchto génoch má za následok zmeny v hladinách cirkulujúceho 25-hydroxy vitamínu D (7, 9).

Obr. 1 Funkcia variabilných génov v metabolickej dráhe vitamínu D (9)

 

Odhad rizika a úprava stravy
Pri odhade rizika si treba uvedomiť, že pri génoch malého účinku má jedna pozorovaná zmena len veľmi malý vplyv na celkový metabolizmus. Identifikáciou zmien vo viacerých miestach genómu použitých v kumulatívnom modeli je možné komplexne odhadovať riziko. Pri génoch malého účinku je taktiež nevyhnutné vedieť, aké riziko vychádzajúce z bežnej distribúcie mutácií v populácii je pre danú populáciu typické. Až na základe populačnej analýzy je možné identifikovať jedince, ktoré majú vyšší podiel alternujúcich mutácií, a teda aj vyššie riziko narušenia metabolickej dráhy. Vo väčšine prípadov postačí zvýšiť množstvo vitamínov obsiahnutých v strave, avšak pri výrazne geneticky zaťažených jedincoch je dôležité zvážiť prijímanie aktívnej formy vitamínov.

Aplikácia v seniorskej populácii
Vzhľadom na to, že vývoj molekulárnej genetiky predbieha ostatné odvetvia biológie, v súčasnej dobe je možné získať o jednotlivcovi obrovské množstvo genetických informácií, ktoré pochádzajú z renomovaných a akreditovaných laboratórií v zahraničí. Údaje sú anonymné a v súčasnosti stále rastie skupina ľudí, ktorá disponuje osobnou celogenómovou sekvenciou, prípadne čipovými „microarray“ dátami. Aplikácia personalizovaného prístupu k výžive sa stala predmetom európskeho projektu EIT Food – RIS Consumer Engagement Labs, kde sa pod gesciou Fakulty biotechnológie a potravinárstva pri SPU vytvára personalizovaný produk pre skupinu seniorov. Produkt ako výsledok aplikovaného výskumu spojil komerčnú spoločnosť špecializovanú na výrobu potravín MAXIM PHARM s vedeckým startupom NU3Gen. V najbližších dňoch je preto možné očakávať potravinu, ktorá bude brať ohľad na genetické predispozície konzumenta.

Literatúra

1. He, H.Y., Liu, M.Z., Zhang, Y.L., Zhang, W. (2017): Vitamin Pharmacogenomics: New Insight into Individual Differences in Diseases and Drug Responses. Genomics, Proteomics and Bioinformatics, roč. 15, č. 2, s. 94 – 100.
2. Chirkin, V.A., Karpov, S.I., Selemenev, V.F. a Shumskiy, N.I. (2013): Determination of fat-soluble vitamins in foods, vitamin and mineral formulations, feed premixes, and blood serum by reversed-phase HPLC. J. Anal. Chem., roč. 68, č. 8, s. 748 – 753.
3. Von Lintig, J. (2012): Provitamin A metabolism and functions in mammalian biology. American Journal of Clinical Nutrition, roč. 96, č. 5, s. 1234 – 1244.
4. Borel, P., Desmarchelier, M. (2018): Bioavailability of fat-soluble vitamins and phytochemicals in humans: Effects of genetic variation. Annual Review of Nutrition, roč. 38, s. 69 – 96.
5. Vaiopoulou, A., Gazouli, M., Karikas, G.A. (2013): Pharmacogenomics: Current applications and future prospects towards personalized therapeutics. JBUON, roč. 18, č. 3, s. 570 – 578.
6. Airanthi, M., Widjaja-Adhi, K., Lobo, G.P., Golczak, M. a Von Lintig, J. (2014): A genetic dissection of intestinal fat-soluble vitamin and carotenoid absorption, Hum. Mol. Genet., roč. 24, č. 11, s. 3206 – 3219.
7. Wang T.J. et al. (2010): Common genetic determinants of vitamin D insufficiency: a genome-wide association study. Lancet, roč. 376, č. 9736, s. 180 – 188.
8. Ahn, J. et al. (2010): Genome-wide association study of circulating vitamin D levels, Hum. Mol. Genet. roč. 19, č. 13, s. 2739 – 2745.
9. Manousaki, D. et al. (2020): Genome-wide Association Study for Vitamin D Levels Reveals 69 Independent Loci. Am. J. Hum. Genet., roč. 106, č. 3, s. 327 – 337.