Genetyka żywieniowa: jesteśmy tym, co jemy
U owadów płci żeńskiej łączenie się w pary wywołuje znaczące zmiany w procesie składania jaj i spożywania pokarmu oraz w układzie odpornościowym. Zebrane dowody wskazują, że takie zmiany fenotypu powstają na skutek różnicowej ekspresji genów, która obejmuje również geny związane z procesami metabolicznymi. Ta zmiana metaboliczna odzwierciedla zmianę w preferencjach żywieniowych, by sprostać zapotrzebowaniu organizmu na substancje odżywcze. Badanie genetyki żywienia właściwej dla określonej płci Naukowcy ze sfinansowanego przez UE projektu DIET-SEX-GENOMICS chcieli dokładniej zbadać procesy genetyczne stojące za zmianami w zapotrzebowaniu i preferencjach żywieniowych samców i samic. Wykorzystując muszki Drosophila melanogaster jako modelowy organizm, połączyli oni krzyżówki genetyczne, manipulację żywieniową oraz sekwencjonowanie następnej generacji, by odpowiedzieć na te pytania. „Naszym celem było zbadanie, czym musi się żywić każda z płci, by osiągnąć maksymalną sprawność rozrodczą, oraz jakie są różnice pomiędzy różnymi genotypami”, wyjaśnia koordynator projektu, dr Max Reuter, nadzorujący prace stypendystki programu Maria Skłodowska-Curie, dr Florencii Camus. Badacze wybrali różne odmiany genetyczne muszek Drosophila i karmili je produktami syntetycznymi o precyzyjnie wyliczonej zawartości makroskładników odżywczych. Podczas jednego z eksperymentów zajęli się kwestią preferencji organizmów, dostarczając im osobno pokarmy zawierające białko i pokarmy zawierające węglowodany. W trakcie drugiego eksperymentu naukowcy zapewnili żywność o różnym składzie i oszacowali sprawność rozrodczą. „Tego rodzaju eksperyment umożliwił nam ustalenie, które rodzaje pożywienia maksymalnie zwiększają sprawność”, kontynuuje dr Camus. Ogólnie rzecz biorąc, wyniki pokazały znaczące różnice genetyczne zarówno pod względem wyboru pożywienia, jak i wymogów u każdej z płci. Na przykład samce o niektórych genotypach wykazały maksymalną sprawność w przypadku pożywienia o wysokiej zawartości węglowodanów, co jest typowe dla ich płci, zaś samce o innych genotypach wykazały zapotrzebowanie na składniki odżywcze w podobnym zakresie co samice. Zastosowanie technik sekwencjonowania następnej generacji pomogło lepiej zrozumieć fizjologiczne reakcje genów obu płci na korzystną dla samców dietę bogatą w węglowodany oraz korzystną dla samic dietę bogatą w białko. Dane te ujawniły, ekspresja których genów zmienia się w odpowiedzi na określoną dietę oraz czym różnią się procesy regulacji w zależności od płci. Znaczenie tych prac Prace w ramach projektu DIET-SEX-GENOMICS pomogą ustalić geny odpowiedzialne za reakcję na odżywianie właściwą dla danej płci. Kolejnym etapem jest dalsze uszeregowanie reakcji na dietę i zrozumienie, w jaki sposób wytwarzane i podtrzymywane są wariacje genetyczne. Potwierdzenie tych wpływów korelacyjnych na drodze eksperymentu, z wykorzystaniem edycji genomu, jest kolejnym celem zespołu naukowego. Jak podkreśla dr Reuter, „określenie reakcji transkrypcyjnej na zmiany w diecie obu płci pomoże nam ustalić kluczowe geny i procesy regulacyjne, które następnie będziemy w stanie porównać dla różnych genotypów”. Wstępne dane wskazują na wspólną dla obu płci reakcję transkrypcyjną na dietę, z pewnymi intrygującymi wyjątkami, w których płcie reagują w sposób przeciwny. Z punktu widzenia biologii wyniki projektu DIET-SEX-GENOMICS wykazują, że sprawność rozrodcza powstaje dzięki złożonym interakcjom pomiędzy czynnikami środowiskowymi a genetycznymi leżącymi u podstaw behawioralnej i fizjologicznej reakcji na pożywienie. Przewiduje się, że dalsze zbadanie tych różnic pozwoli uzyskać niezwykle ważne informacje na temat metabolizmu i fizjologii. Co ważne, ekstrapolacja takich informacji na ludzi dodatkowo zwiększa powstające zapotrzebowanie na medycynę spersonalizowaną. „Jeśli optymalna dieta – tak jak leczenie farmakologiczne – zależna jest od indywidualnego kodu genetycznego danej osoby, to zrozumienie genetyki metabolizmu może pomóc w dostosowaniu porad żywieniowych do potrzeb określonej osoby”, stwierdza dr Camus. Takie uwzględnienie wyjątkowości każdej osoby niosłoby ze sobą duże korzyści dla zdrowia publicznego.
Słowa kluczowe
DIET-SEX-GENOMICS, gen, dieta, odżywianie, samica, samiec, sprawność rozrodcza, sekwencjonowanie następnej generacji, metabolizm
