И еда с геномом говорит: как пища программирует работу организма
Молекулярный биолог Моника Дус рассказывает о том, как питание может влиять на здоровье на генетическом уровне.
Люди обычно думают о еде как о калориях, энергии и питательных веществах. Однако последние данные свидетельствуют о том, что пища еще и «разговаривает» с нашим геномом, который представляет собой программу, определяющую функционирование организма вплоть до клеточного уровня.
Эта связь между пищей и генами может влиять на ваше здоровье, физиологию и долголетие. Идея о том, что еда доставляет важные сообщения в геном животного, находится в центре внимания научной области, известной как нутригеномика. Эта дисциплина находится еще в стадии становления, и многие вопросы окутаны тайной. Тем не менее, мы, исследователи, уже многое узнали о том, как компоненты пищи влияют на геном.
Я молекулярный биолог, который исследует взаимодействие между едой, генами и мозгом, чтобы лучше понять, как пища влияет на нашу биологию. Усилия ученых по расшифровке этого способа передачи информации могут однажды сделать всех нас более здоровыми и счастливыми. Но хотя до этого еще далеко, нутригеномика уже установила, по крайней мере, один важный факт: наши отношения с едой гораздо глубже, чем мы могли себе представить.
Взаимодействие пищи и генов
Если вам кажется невероятной идея о том, что пища, взаимодействуя с геномом, может управлять биологическими процессами, то достаточно взглянуть на пчелиный улей, чтобы найти идеальный доказанный пример того, как это происходит. Рабочие пчелы трудятся без перерыва, бесплодны и живут всего несколько недель. Пчелиная матка, находящаяся глубоко внутри улья, имеет продолжительность жизни, исчисляемую годами, и настолько мощную плодовитость, что способна родить целый рой.
И всё же рабочие пчелы и пчелиные матки являются генетически идентичными организмами. Они становятся двумя разными формами жизни из-за пищи, которую едят. Пчелиная матка лакомится маточным молочком, а рабочие пчелы – нектаром и пыльцой. Оба продукта дают энергию, но у маточного молочка есть особая функция: его питательные вещества могут разблокировать генетические инструкции для создания анатомии и физиологии пчелиной матки.
Так как же еда преобразуется в биологические программы? Вы помните, что пища состоит из макронутриентов. К ним относятся углеводы (или сахара), белки и жиры. Она также содержит микронутриенты, такие как витамины и минералы. Эти соединения и продукты их расщепления могут активировать генетические переключатели, находящиеся в геноме.
Подобно переключателям, которые контролируют интенсивность света в вашем доме, генетические переключатели определяют, сколько продукта определенного гена будет произведено. Маточное молочко, например, содержит соединения, которые активируют генетические регуляторы для формирования органов пчелиной королевы и поддержания ее репродуктивной способности. Известно, что у людей и мышей побочные продукты аминокислоты метионина, которых много в мясе и рыбе, влияют на генетические коды, важные для роста и деления клеток. К примеру, витамин С поддерживает наше здоровье, защищая геном от окислительного стресса и способствуя функционированию клеточных путей, которые могут восстанавливать его после повреждения.
В зависимости от типа пищевой информации, активированных генетических регуляторов и клеток, воспринимающих сигналы, послания, заложенные в еде, могут влиять на самочувствие, вероятность болезней и даже продолжительность жизни. Но важно отметить, что на сегодняшний день большинство этих исследований проводилось на животных моделях, наподобие пчел.
Интересно, что способность питательных веществ изменять поток генетической информации может передаваться из поколения в поколение. Исследования показывают, что у людей и животных пищевой рацион предков влияет на активность генетических переключателей, заболеваемость и смертность у внуков.
Причина и следствие
Один занимательный аспект представления о еде как о типе биологической информации заключается в том, что это придает новый смысл идее пищевой цепи. Действительно, если на наш организм вплоть до молекулярного уровня влияет то, что мы съели, оно также может повлиять и на наш геном. Например, молоко коров, питающихся травой и питающихся зерном, будет различаться по количеству и типу жирных кислот, по содержанию витаминов С и А. Поэтому когда люди пьют эти разные виды молока, их клетки получают разные пищевые сообщения.
Сходным образом диета кормящей женщины влияет на уровни содержания в ее грудном молоке жирных кислот и витаминов, таких как B-6, B-12 и фолиевая кислота. Это может изменить тип пищевых сигналов, поступающих к генетическим переключателям ребенка, хотя на данный момент неизвестно, скажется ли это на его развитии.
И, возможно, сами того не зная, мы тоже являемся частью этой пищевой цепи. Еда, которую мы употребляем, воздействует не только на генетические переключатели в наших клетках, но и на микроорганизмы, живущие в нашем кишечнике, на коже и слизистых оболочках. Один поразительный пример: у мышей расщепление кишечными бактериями короткоцепочечных жирных кислот изменяет уровень серотонина – химического «связного» между клетками мозга, который, среди прочих процессов, регулирует настроение, тревогу и депрессию.
Пищевые добавки и упаковка
Добавление ингредиентов в пищу тоже может менять поток генетической информации внутри клеток. Хлеб и крупы обогащаются фолиевой кислотой, чтобы предотвратить врожденные пороки развития, вызванные дефицитом этого питательного вещества. Но некоторые ученые предполагают, что высокий уровень фолиевой кислоты в отсутствие других природных микронутриентов, например, витамина B-12, может способствовать в западных странах более высокой заболеваемости раком толстой кишки, вероятно, влияя на генетические пути, контролирующие клеточный рост.
Это также может относиться к химическим веществам, содержащимся в упаковке пищевых продуктов. Бисфенол А (или BPA) – соединение, содержащееся в пластике, активирует у млекопитающих генетические коды, имеющие ключевое значение для развития, роста и плодовитости. Например, некоторые исследователи предполагают, что и у людей, и у животных BPA влияет на период половой дифференциации и снижает фертильность, повышая вероятность активизации генетических переключателей.
Все эти примеры указывают на то, что генетическая информация в пищевых продуктах может быть связана не только с их молекулярным составом (аминокислотами, витаминами и т. п.), но и с сельскохозяйственной, экологической и экономической политикой страны или ее отсутствием.
Ученые только недавно начали расшифровывать эти генетические сигналы пищи и их значение для здоровья и болезней. Мы, исследователи, до сих пор не знаем точно, как питательные вещества воздействуют на генетические переключатели, каковы правила их взаимодействия, и как пищевой рацион прошлых поколений влияет на потомство. Многие из этих исследований до сих пор проводились только на животных моделях, и многое еще предстоит выяснить о том, что значит взаимодействие между пищей и генами для человека.
Хотя уже ясно, что разгадка тайн нутригеномики, вероятно, расширит возможности как нынешних, так и будущих обществ и поколений.
