І їжа з геномом розмовляє: як їжа програмує роботу організму

Молекулярний біолог Моніка Дус розповідає, як харчування може впливати на здоров'я на генетичному рівні.

Люди зазвичай думають про їжу як про калорії, енергію та поживні речовини. Однак останні дані свідчать про те, що їжа ще й «розмовляє» з нашим геномом, який є програмою, що визначає функціонування організму аж до клітинного рівня.

Цей зв'язок між їжею та генами може впливати на ваше здоров'я, фізіологію та довголіття. Ідея про те, що їжа доставляє важливі повідомлення в геном тварини, знаходиться в центрі уваги наукової галузі, відомої як нутрігеноміка. Ця дисципліна перебуває ще на стадії становлення, і багато питань оповитих таємницею. Тим не менш, ми, дослідники, вже багато дізналися про те, як компоненти їжі впливають на геном.

Я молекулярний біолог, який досліджує взаємодію між їжею, генами та мозком, щоб краще зрозуміти, як їжа впливає на нашу біологію. Зусилля вчених щодо розшифровки цього способу передачі інформації можуть якось зробити всіх нас здоровішими та щасливішими. Але хоча до цього ще далеко, нутрігеноміка вже встановила, принаймні, один важливий факт: наші відносини з їжею набагато глибші, ніж ми могли собі уявити.

Взаємодія їжі та генів

Якщо вам здається неймовірною ідея про те, що їжа, взаємодіючи з геномом, може керувати біологічними процесами, достатньо поглянути на бджолиний вулик, щоб знайти ідеальний доведений приклад того, як це відбувається. Робочі бджоли працюють без перерви, безплідні і живуть лише кілька тижнів. Бджолина матка, що знаходиться глибоко всередині вулика, має тривалість життя, що обчислюється роками, і настільки потужну плодючість, що здатна народити цілий рій.

І все-таки робочі бджоли та бджолині матки є генетично ідентичними організмами. Вони стають двома різними формами життя через їжу, яку їдять. Бджолина матка ласує маточним молочком, а робочі бджоли – нектаром та пилком. Обидва продукти дають енергію, але маткове молочко має особливу функцію: його поживні речовини можуть розблокувати генетичні інструкції для створення анатомії та фізіології бджолиної матки.

То як їжа перетворюється на біологічні програми? Ви пам'ятаєте, що їжа складається з макронутрієнтів. До них відносяться вуглеводи (або цукри), білки та жири. Вона також містить мікронутрієнти, такі як вітаміни та мінерали. Ці сполуки та продукти розщеплення можуть активувати генетичні перемикачі, що знаходяться в геномі.

Подібно до перемикачів, які контролюють інтенсивність світла у вашому будинку, генетичні перемикачі визначають, скільки продукту певного гена буде вироблено. Маточне молочко, наприклад, містить сполуки, які активують генетичні регулятори для формування органів бджолиної королеви та підтримки її репродуктивної здатності. Відомо, що у людей та мишей побічні продукти амінокислоти метіоніну, якої багато в м'ясі та рибі, впливають на генетичні коди, важливі для росту та поділу клітин. Наприклад, вітамін С підтримує наше здоров'я, захищаючи геном від окислювального стресу та сприяючи функціонуванню клітинних шляхів, які можуть відновлювати його після пошкодження.

Залежно від типу харчової інформації, активованих генетичних регуляторів та клітин, що сприймають сигнали, послання, закладені в їжі, можуть впливати на самопочуття, ймовірність хвороб та навіть тривалість життя. Але важливо відзначити, що на сьогоднішній день більшість цих досліджень проводили на тваринних моделях, на кшталт бджіл.

Цікаво, що здатність поживних речовин змінювати потік генетичної інформації може передаватися з покоління до покоління. Дослідження показують, що у людей та тварин харчовий раціон предків впливає на активність генетичних перемикачів, захворюваність та смертність у онуків.

Причина і наслідок

Один цікавий аспект уявлення про їжу як про тип біологічної інформації полягає в тому, що це надає нового сенсу ідеї харчового ланцюга. Справді, якщо на наш організм аж до молекулярного рівня впливає те, що ми з'їли, воно також може вплинути і на наш геном. Наприклад, молоко корів, які харчуються травою і харчуються зерном, буде різнитися за кількістю та типом жирних кислот, за вмістом вітамінів С і А. Тому коли люди п'ють ці різні види молока, їхні клітини отримують різні харчові повідомлення.

Подібним чином дієта жінки, що годує, впливає на рівень вмісту в її грудному молоці жирних кислот і вітамінів, таких як B-6, B-12 і фолієва кислота. Це може змінити тип харчових сигналів, що надходять до генетичних перемикачів дитини, хоча на даний момент невідомо, чи це позначиться на її розвитку.

І, можливо, самі того не знаючи, ми теж є частиною цього харчового ланцюга. Їжа, яку ми вживаємо, впливає не лише на генетичні перемикачі в наших клітинах, а й на мікроорганізми, що живуть у нашому кишечнику, на шкірі та слизових оболонках. Один разючий приклад: у мишей розщеплення кишковими бактеріями коротколанцюгових жирних кислот змінює рівень серотоніну – хімічно зв'язного між клітинами мозку, який, серед інших процесів, регулює настрій, тривогу та депресію.

Харчові добавки та упаковка

Додавання інгредієнтів у їжу також може змінювати потік генетичної інформації всередині клітин. Хліб і крупи збагачуються фолієвою кислотою, щоб запобігти вродженим вадам розвитку, спричиненим дефіцитом цієї поживної речовини. Але деякі вчені припускають, що високий рівень фолієвої кислоти без інших природних мікронутрієнтів, наприклад, вітаміну B-12, може сприяти в західних країнах вищій захворюваності на рак товстої кишки, ймовірно, впливаючи на генетичні шляхи, що контролюють клітинний ріст.

Це також може стосуватися хімічних речовин, які містяться в упаковці харчових продуктів. Бісфенол А (або BPA) – сполука, що міститься в пластиці, активує у ссавців генетичні коди, що мають ключове значення для розвитку, росту та плодючості. Наприклад, деякі дослідники припускають, що і у людей, і тварин BPA впливає на період статевої диференціації і знижує фертильність, підвищуючи ймовірність активізації генетичних перемикачів.

Всі ці приклади вказують на те, що генетична інформація в харчових продуктах може бути пов'язана не тільки з їх молекулярним складом (амінокислотами, вітамінами тощо), але і з сільськогосподарською, екологічною та економічною політикою країни або її відсутністю.

Вчені тільки недавно почали розшифровувати ці генетичні сигнали їжі та їх значення для здоров'я та хвороб. Ми, дослідники, досі не знаємо точно, як поживні речовини впливають на генетичні перемикачі, які правила їхньої взаємодії, і як харчовий раціон минулих поколінь впливає на потомство. Багато з цих досліджень досі проводилися тільки на тваринних моделях, і багато що ще доведеться з'ясувати про те, що означає взаємодія між їжею та генами для людини.

Хоча вже ясно, що розгадка таємниць нутрігеноміки, ймовірно, розширить можливості як нинішніх, так і майбутніх суспільств та поколінь.