Così la Genomica nutrizionale, che rappresenta un’area di recente e crescente interesse e studio, può essere suddivisa in due grandi sotto aree:
- La Nutrigenetica che descrive come il profilo genetico individuale possa avere un diverso impatto sull’assunzione, l’assorbimento ed il metabolismo dei nutrienti assunti con la dieta;
- La Nutrigenomica che studia le interazioni tra i fattori nutritivi degli alimenti assunti e la regolazione dell’espressione genica, descrivendo i possibili cambiamenti nel metabolismo cellulare e nella regolazione della sintesi proteica dovuti ad un determinato regime alimentare.
La base della Genomica nutrizionale può essere sintetizzata in cinque principi:
1) alcuni geni, o varianti geniche coinvolti nella regolazione della risposta a nutrienti possono svolgere un ruolo chiave nell’insorgenza, nell’incidenza e nella progressione di condizioni patologiche croniche;
2) il grado con cui la dieta può influenzare il corretto bilancio tra lo stato di salute e quello di malattia può dipendere dal corredo genetico dell’individuo;
3) i componenti chimici dei nutrienti assunti con la dieta possono agire sul genoma umano, direttamente o indirettamente, e alterare cosi l’espressione genica;
4) in alcune circostanze e per alcuni individui, il regime alimentare può rappresentare un fattore di rischio importante per l’insorgenza di un notevole numero di patologie;
5) interventi sul regime alimentare basati sulla conoscenza del fabbisogno nutrizionale individuale, dello stato di salute e del patrimonio genetico (la cosiddetta “nutrizione personalizzata”) possono essere impiegati allo scopo di prevenire, alleviare e curare patologie croniche.
Lo studio delle varianti geniche
La nutrigenetica indaga in particolare gli effetti delle varianti geniche associate alla nutrizione, responsabili dell’assorbimento dei micronutrienti e del metabolismo, come anche gli effetti dietetici sulla salute. Tali varianti possono influenzare la risposta a fattori ambientali, come per esempio le modificazioni nell’attività enzimatica e l’efficacia di componenti chimici dei nutrienti e loro metaboliti. L’analisi di queste varianti rappresenta quindi uno strumento fondamentale di indagine molecolare per lo studio del ruolo della nutrizione nel mantenimento dello stato di salute, nell’insorgere di patologie e nell’identificazione di un regime alimentare ottimale. L’esempio più conosciuto di nutrigenetica è rappresentato dalla fenilchetonuria causata dalla presenza di una variante nel gene della fenilchetonuria idrossilasi. Il trattamento primario è un basso contenuto di fenilalanina nella dieta che migliora il fenotipo. Anche nel caso di patologie croniche come quelle cardiovascolari e nei difetti del tubo neurale, una variante genetica, la c.C677T che colpisce il gene Mthfr (che codifica per la metilenetetraidrofolato reduttasi), può alterare il metabolismo dei folati e la supplementazione di questi può quindi ridurre gli elevati livelli di omocisteina. Nel caso dell’obesità si sono identificati una ventina di geni associati a tale rischio e uno di questi è rappresentato dal gene Fto (associato alla massa grassa e all’obesità). I portatori di una variante in questo gene hanno un maggiore rischio di obesità che può essere modulato però con l’attività fisica o con un appropriato regime alimentare.
Identificare interazioni nutrienti-genoma
La nutrigenomica ha come scopo l’identificazione degli effetti dei principali nutrienti, inclusi macronutrienti e micronutrienti, sul genoma, e l’esplorazione delle interazioni che intercorrono tra la componente genica e i nutrienti alimentari nel determinare lo stato di salute. L’insieme degli effetti della dieta sull’attività trascrizionale, sull’espressione genica e sulla natura eterogenea delle risposte di varianti geniche costituisce la nutrigenomica. Il campo della nutrigenomica utilizza molteplici discipline e valuta gli effetti della dieta sulla stabilità del genoma (danni al Dna a livello molecolare e cromosomico), le eventuali alterazioni all’epigenoma (metilazione del Dna), le modificazioni nell’espressione di Rna e mRna (trascrittomica), l’espressione proteica (proteomica) e lo studio dei metaboliti (metabolomica), ognuna delle quali può essere studiata indipendentemente o in modo integrato per diagnosticare lo stato di salute o di malattia.
L’epigenetica funzionale
L’epigenetica include tutte le modificazione dei livelli di espressione genica che si verificano senza cambiamenti nella sequenza del Dna. La regolazione epigenetica gioca un ruolo fondamentale nella fase dello sviluppo e regola il come e il quando i geni vengano silenziati o attivati. Questi cambiamenti influenzano la regolazione del ciclo cellulare, i danni a carico del Dna, i processi di apoptosi, imprinting e invecchiamento cellulare. Dunque, gli alimenti o i componenti di essi assunti con la dieta possono modificare attivamente questa serie di eventi epigenetici, alterando alcune proteine regolatrici come le Dna metiltrasferasi, le proteine di legame dinucleotidiche metil-citosin guanine, gli enzimi coinvolti nelle modificazioni istoniche, i fattori di rimodellamento della cromatina e ulteriori complessi molecolari legati all’attività funzionale di queste proteine aventi attività regolatrice. La modificazione epigenetica più studiata è sicuramente la metilazione del Dna e numerosi lavori descrivono ampiamente l’azione di nutrienti e composti biochimici sul controllo della distribuzione dei gruppi metilici e sull’attività enzimatica delle metiltrasferasi. Tra i più studiati fattori nutritivi è importante citare: alcool, arsenico, betaina, cadmio, colina, fibre, folati, genisteina, metionina, nichel, polifenoli, selenio, vitamine A, B6, B12, zinco.
Conclusioni
La nutrizione personalizzata che include il mantenimento di un corretto regime alimentare, lo stato di nutrizione e lo studio del genoma possono essere di fondamentale importanza nella prevenzione, nel controllo e nel trattamento di patologie croniche come quelle a carico dell’apparato cardiovascolare, la sindrome metabolica e le neoplasie. Queste patologie sono correlate con l’assunzione cronica di specifici componenti nutritivi. Vi è infatti una forte correlazione tra l’introito calorico complessivo, i livelli e i tipi di vitamine, grassi e carboidrati assorbiti con la dieta e l’insorgenza di aterosclerosi, diabete, obesità, tumori, ipertensione e ulteriori patologie croniche.
L’azione modulatrice esercitata da alcuni nutrienti sui pattern di espressione genica (effetto nutrigenomico), costituisce un fattore determinante nella risposta finale. I componenti bioattivi presenti nei nutrienti possono influenzare inoltre la sintesi proteica, la degradazione, le modificazioni post-trascrizionali. La comprensione delle relazioni che intercorrono tra la diversità genetica di un individuo, la funzionalità genomica ed il regime alimentare consentirà una specifica manipolazione del genoma e un controllo preciso della stabilità genetica, al fine di perseguire il raggiungimento di un ottimale stato di salute, la prevenzione di insorgenza di patologie croniche multifattoriali e, di conseguenza, l’aumento della longevità.
Giulia Canu, Andrea Urbani
Uoc Chimica, Biochimica, e Biologia Molecolare Clinica – Fondazione Policlinico A. Gemelli, Roma