Analisis de biomarcadores de alimentos funcionales y su relacion con la nutrigenomica.

Memorias

de Mexico

2012 ILSI de M exico A.C.

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ILSI de M exico Francisco Petrarca 133-403 M exico D.F.

Impreso en Mexico.

2 Analisis de biomarcadores de alimentos funcionales y su relacion con la nutrigenomica. Memorias.

Indice:

• Acerca de I LSI

Resena bibliografica.............................................................................. 5

Abordajes genomicos en el descubrimiento

de biomarcadores relacionados a la bioactividad

y eficacia de nutrientes.

Dra. Irma Silva Zolezzi, Departam ento de

Ciencias Bioanaliticas, Centro de Investigation

Nestle, Lausana, Suiza.............................................................................6

Analisis de biomarcadores para evaluar

la eficacia de los alimentos funcionales.

Dr. Peter Van Bladeren

Vicepresidente de Investigacion y

Ciencia de Nestle..................................................................................... 8

La nutrigenomica y la nutrigenetica como herramientas

para el control de enfermedades relacionadas

con la alimentacion.

Dr. Arm ando Tovar y Dra. N imbe Torres, investigadores

del Departamento de Fisiologia de la Nutricion

del Instituto Nacional de Ciencias Medicas y

Nutricion Salvador Zubiran.................................................................. 11

Analisis de biomarcadores de alimentos funcionales y su relacion con la nutrigenomica. Memorias.

El International Life Sciences In titu te (I LSI) es una organizacion

internacional sin fines de lucro cuya mision es prom over el conocim iento

c ientifico para m ejorar la salud publica y el b ienestar de la poblacion.

Con sede en W ashington DC, EUA desde 1978, cuenta con oficinas en

Africa del N orte , A frica del Sur, A rgentina, Brasil, Corea, China, Europa,

India, Japon, M exico, N orteam erica, regiones N or y Sur Andina y Sureste

de Asia, ademas de su Institu to para la Salud y Ciencias Am bientales, sus

Com ites Internacionales y la Fundacion para la Investigacion.

ILSI logra esta mision m ediante el fom ento de la colaboracion entre

expertos de la academia, gob ie rno e industria, en un fo ro neutro, para

recopilar, resumir y d ifund ir inform acion cientifica. Sus actividades se

enfocan principalm ente en la prom ocion de la salud y de la correcta

nutric ion, abordando temas de inocuidad alim entaria, evaluacion de

riesgo y sustentabilidad ambiental.

ILSI esta afiliado a la Organizacion M undial de la Salud (OMS) con el

caracter de institucion no gubernam ental y m antiene un reconocim iento

com o ente consultivo especializado ante la Organizacion de las Naciones

Unidas para la Agricu ltura y la A lim entacion (FAO).

Fundado en 1991, ILSI de M exico representa la rama mexicana del

Internacional Life Sciences Institu te. A l igual que el resto de oficinas,

ILSI de M exico juega un papel crucial en el desarrollo y difusion de la

inform acion cientifica para la m ejora de la salud y b ienestar publico,

respondiendo a las necesidades de la region.

ILSI de M exico A.C. Francisco Petrarca 133, int. 403, Col. C hapultepec

M orales C.P. 11570 M exico D.F. Tel: 5255-2652 www.ils i-m exico.org

4 Analisis de biomarcadores de alimentos funcionales y su relacion con ia nutrigenomica. Memorias.

El dia 27 de septiembre del ano 2011, ILSI de Mexico en conjuncion con Nestle Research Center organizaron un taller en el que se analizo la relacion de los biomarcadores de alimentos funcionales con la nutrigenomica. La siguiente publicacion tiene como finalidad presentar las memorias de dicho taller.

A continuacion se proporciona la biograffa de los ponentes participantes y autores de las memorias de esta publicacion.

Ponentes

Dra. Irma Silva-Zolezzi

La Dra. Silva-Zolezzi es Quimica-Biologa de la Facultad de Quimica de la UNAM, Maestra en Ciencias y Doctora en Biomedicina Molecular del CINVESTAV, del Instituto Politecnico Nacional.

Con una excepcional carrera en el area de la genetica y la genomica, tiene amplia experiencia en temas como la diversidad genomica mexicana; y, es especialista en genomica funcional.

M iembro de prestigiosas instituciones academicas nacionales y extranjeras (como la American Society o f Human Genetics) y con varios reconocimientos a su labor cientffica, la Dra. Silva Zolezzi cuenta con numerosas publicaciones especializadas, entre las que destacan diversas investigaciones en coautoria con el Dr. Gerardo Jimenez-Sanchez.

En la actualidad, la Dra. Silva-Zolezzi colabora en la coordinacion del Grupo de Genomica Funcional del Centro de Investigacion de Nestle, en Lausanne, Suiza.

Dr. Peter Van Bladeren

El Dr. Van Bladeren es Maestro en Ciencias y Doctor en Quimica Organica y Toxicologia, por la Universidad de Leiden, de los Paises Bajos.

Su larga y prolifica trayectoria profesional inicia a principios de los ahos 80, orientandose fundamentalmente al estudio de la toxicologia, en diversas instituciones de educacion superior. Posteriormente, su especialidad se orienta hacia la investigacion en nutricion, los alimentos y la evaluacion de riesgos.

Con una larga lista de publicaciones especializadas, m iembro del Consejo de el International Food Information Service (IFIS) y Presidente de la Technology Platform Food fo r Life europea; el Dr. van Blanderen ha sido desde hace varios ahos un distinguido m iembro de ILSI Internacional, desempehandose en la actualidad como su Presidente a nivel mundial.

Dra. Nim be Torres y Torres

La Dra Nimbe Torres y Torres es licenciada en Ciencias Quimicas por la Fac. de Quimica de la UNAM; Maestra en Ciencias de la Nutricion por la Universidad de Wisconsin; y, Dra. por el Instituto de Investigaciones Biomedicas de la UNAM. Realizo una estancia Postdoctoral en la Bowman Gray School o f Medicine en Carolina del Norte.

Su trayectoria cientffica abarca temas que van desde la regulacion de la expresion genica de enzimas degradadoras de aminoacidos por la proteina dietaria; hasta el efecto de otras proteinas de origen vegetal y sus posibles sensores en la celula, que induyen transportadores de aminoacidos y diferentes factores de transcripcion.

Actualmente estudia el efecto de diferentes portafolios dietarios disenados para enfermedades especificas en la poblacion mexicana, en base a sus variaciones geneticas.

Cuenta con multiples reconocimientos cientificos nacionales e internacionales y ha sido tres veces ganadora del premio al mejor trabajo de investigacion, otorgado por la Coordinacion de los Institutos Nacionales de Salud. Asimismo, es miembro de diversas instituciones academicas mexicanas y del extranjero.

Ha publicado 90 articulos a escala internacional, 9 capitulos de libro. Forma parte del Consejo de Administracion de ILSI de Mexico y del Comite Cientifico Consultivo de Unilver - Latinoamerica.

Analisis de biomarcadores de alimentos funcionales y su relacion con la nutrigenomica. Memorias. 5

Abordajes genomicos en el descubrimiento de biomarcadores

relacionados a la bioactividad y eficacia de nutrientes.

Dra. Irma Silva Zolezzi, Departam ento de Ciencias Bioanaliticas, Centro de Investigacion

Nestle, Lausana, Suiza.

El Proyecto del Genoma Humano (PGH) fue un esfuerzo internacional que tuvo com o ob je tivo determ inar la naturaleza y orden de cada uno de los nucleotidos que constituyen a las moleculas de D N A localizadas en el nucleo de las celulas humanas, organizadas en 23 pares de cromosomas, a las que conocemos com o genom a humano. En los ultim os ve in te anos, el PGH ha sido un m o to r fundam enta l para el avance cientifico y tecno log ico en las ciencias de la vida, la investigacion b iom edica y la medicina. En la ultima decada se han desarrollado abordajes de investigacion basados en el conocim iento del genom a humano, para in ten tar descubrir los factores geneticos que partic ipan en la conform acion de los rasgos y enferm edades "com ple jos o m u ltifactoria les" (ej. estatura, niveles de glucosa o de lip idos circulantes, el cancer, la d iabetes, las enferm edades cardiovasculares, etc). Los rasgos y enferm edades com ple jos resultan de la interaccion de diversos factores geneticos y am bientales, y son muy comunes en los seres humanos, algunos de estos, com o el cancer y la diabetes, son im portantes causas de m orb ilidad y m orta lidad.

El estudio del genom a humano ha sido de particular interes para la industria farm aceutica y la de alim entos, com o una fuente de conocim iento e inform acion para potenciar el desarrollo de nuevos farm acos y nuevos esquemas terapeuticos (ej. dosis ajustadas de acuerdo al geno tipo , nuevas aplicaciones para farmacos en uso, etc.); y com o una oportun idad para posicionar ciertos alimentos, ingred ientes especificos o bioactivos nutric ionales/ nutraceuticos, de acuerdo a su potencia l beneficio para prom over la salud y prevenir enferm edad.

Lo anterior ha im pulsado el desarrollo de la Farmacogenomica y la Nutrigenom ica, ambas disciplinas que estudian las interacciones entre factores ambientales, m edicam entos y d ieta respectivam ente, con los factores geneticos, m ediante el estud io sistematico de las caracteristicas estructurales y funcionales de genes y proteinas utilizando abordajes experim entales de gran capacidad. Estos abordajes perm iten analizar en diferentes muestras biologicas, un enorm e numero de variables, las cuales pueden ser cientos, miles o inclusive m illones de secuencias o variaciones geneticas (genomica), RNA mensajeros (transcriptom ica), marcas de m etilacion en el D N A (epigenomica), proteinas (proteom ica), o m etabo litos (metabolom ica).

Analisis de biomarcadores de alimentos funcionales y su relacion con la nutrigenomica. Memorias.

En la investigacion nutric ional el enfoque "o m ic o " se ha vuelto cada vez mas im portante para com prender las propiedades funcionales de los com ponentes de los alimentos, su b ioactiv idad y bioeficacia. Muchas cualidades de com ponentes de alim entos que estan codificadas geneticam ente pueden ser afectadas por procesos industriales.

Ademas, el estudio de los perfiles de pep tidos (peptidom ica) presentes en los a lim entos se ha aplicado para estudiar la naturaleza y los cambios dinam icos en el conjunto de pep tidos en alim entos o ingredientes durante el procesam iento o alm acenam iento de materias primas y productos y com o estas influyen en sus propiedades y actividades biologicas. Ademas, las m odificaciones epigeneticas com o la m etilacion del AD N se han propuesto com o interesantes posibles biom arcadores de exposicion ambiental.

En un fu tu ro se espera que la in tegracion de datos provenientes de estrategias "om icas" nos ayudaran a identifica r nuevas moleculas bioactivas dentro de los com ponentes de los a lim entos, y asi m ismo nos perm itira d ilucidar sus mecanismos de accion.

Analisis de biomarcadores de alimentos funcionales y su relacion con la nutrigenomica. Memorias.

Analisis de biomarcadores para evaluar la eficacia de los alimentos

funcionales.

For Dr. Peter Van Btaderen Vicepresidente de Investigacion y Ciencia de Nestle.

Las necesidades de la poblacion y los avances en la nutric ion estan m otivando a los especialistas en salud a elevar la calidad nutrim ental de sus pacientes, pasando de una "a lim entacion adecuada" (definida para satisfacer el hambre con com ida segura), a una "a lim entacion o p tim a ", lo cual se traduce en un fu tu ro para d ism inuir el desarrollo de enferm edades y m ejorar el desem peno fisico y mental de las personas a traves del consumo de alim entos funcionales.

Segun el International Life Sciences Institu te (ILSI), son defin idos como "funcionales" aquellos alim entos consum idos de manera habitual como parte de una d ie ta correcta, que tienen efectos beneficos en las funciones del cuerpo mas alia de solo los que conllevan una nutric ion adecuada. Son relevantes en el m ejoram iento del estado de la salud y b ie ne s ta ry /o en la reduccion del riesgo (no prevencion) de enfermedades.

A continuacion se muestran algunas cifras sobre las necesidades de la poblacion en funcion de feno tipos cambiantes:

• El porcentaje de personas de 60 anos en adelante crecera a una proporcion de uno a tres en el 2150 cuando en el 2005 la proporcion era de uno a diez; esto significa un increm ento en relacion con las enferm edades cronicas y discapacidades.

• Para 2015, 1.5 mil m illones de personas seran obesas o tendran sobrepeso. Esto implica un crecim iento del 50% en trastornos a lim entarios desde 2005.

• Tan solo en Estados Unidos de Am erica, el numero de partic ipantes en maratones credo en un 70% entre 1990 y 2004.

Los com ponentes de la com ida y la d ie ta interaccionan d irectam ente con las celulas, los organos y el cuerpo com ple to .

En el pasado, se conocia el e fecto de los a lim entos a partir de sus com ponentes ( macro y m icronutrim entos) , actualm ente se investiga a mayor p ro fund idad el e fecto de cada uno de ellos dentro de una dieta correcta; esperando de esta manera que en un fu tu ro cercano la a lim entacion pueda ser personalizada y adaptab le a las necesidades de cada ind ividuo.

Es muy frecuente que la poblacion quiera saber cual es el m ejor a lim ento funcional para ellos. Un a lim ento funcional den tro de una d ie ta correcta favorecera la salud de la persona, ademas de poder ser un coadyuvante a la prevencion de enferm edades.

8 Analisis de biomarcadores de alimentos funcionales y su relacion con la nutrigenomica. Memorias.

■

Hay que tom ar en cuenta las necesidades especificas de personas y grupos. Por e jem plo, hay mucha gente que practica una actividad fisica y tiene necesidad de alim entos funcionales diferentes, asi que lo verdaderam ente interesante son los efectos b io log icos de la comida mas alia de la nutric ion con el ob je tivo de m ejorar la salud por m edio de la d ie ta y adaptando los a lim entos para satisfacer las necesidades individuales.

Las necesidades individuales pueden variar y no se necesita considerar un solo ind iv iduo: un bebe es d is tin to de un nino o de un adulto. Tomando en cuenta las distintas condiciones es necesario hacer una clasificacion y hay que establecer cada una de ellas para asegurarnos de que estamos contribuyendo en algo.

La ciencia inicia con el estudio de los mecanismos b ioqu im icos y la genom ica nutric ional; pasando por el estudio de los biomarcadores, la validacion clinica, y el analisis de riesgo - beneficio y finalm ente a la im plem entacion del p roducto .

Se trata de buscar una conexion directa entre la investigacion cientifica y la im plem entacion del p roducto en el mercado.

En sentido contrario , si iniciamos con la im plem entacion, prim ero analizariamos la epidem io log fa nutric ional y su analisis del com portam iento ; pasando por el panorama de la salud y las respuestas a la d ie ta. F inalmente, llegariam os a la ciencia, que analizara variaciones individuales, genotipos, accion de los m etabo litos y el m etabolism o de accion. Para hacer una investigacion es necesario pensar en la aplicacion, y estar en constante comunicacion con el especialista e investigador, para estar seguros de que estan traba jando en el m ismo campo y con un mismo ob je tivo .

El estudio de los m etabo litos, nos arrojara com o resultado la diferencia real entre una persona y otra.

Ejemplo:

Trabajamos un tem a muy relevante en un labora torio industrial: la tension y el estres. La gente vive bajo mucha tension, asi que la mayoria debe estar sumamente interesado en este tema.

Pudimos d is tingu ir en la orina de la gente si se tensiona facilm ente o no. A l g rupo de gente que se estresa facilm ente les d im os 30 g de chocolate am argo durante una semana todos los dias, una porcion adecuada en una dieta correcta, no estamos sobre a lim entando a nadie ni increm entando la obesidad.

Revisando el patron de sus m etabo litos, vimos que incluir chocolate amargo puede hacernos sentir m ejor cuando estamos estresados.

Los feno tipos m etabolicos humanos estan ligados d irectam ente con las preferencias dietarias especificas en la salud individual (Journal o f P roteom e Research (2009, 8, 5568-5579).

Analisis de biomarcadores de alimentos funcionales y su relacion con la nutrigenomica. Memorias. 9

Los efectos m etabolicos del consumo del chocolate amargo en la energia, m icrobiota intestinal y estres estan relacionados con el m etabolism o en sujetos que viven librem ente. (Journal o f Proteome Research (2007, 6, 4469-4477).

Podemos realizar estudios de investigacion con un bebe recien nacido y evaluarlo a lo largo de su vida para conocer los patrones de los m etabo litos que se encienden o cual es la conducta m etabolica que se inicia en el y por que razon se inicia, muy cuidadosam ente podem os ver lo que es mas saludable y menos saludable en su am biente.

Los biom arcadores aceptables serviran para el d iagnostico y para em itir las declaraciones o recomendaciones de salud. Por otra parte, el m etabo lito basado en el m odelo c inetico servira para p redecir efectos individuales en la salud, y tam bien identifica r pasos claves de los efectos.

Se esta progresando muchisimo a traves de la industria e lectronica para desarrollar to d o tip o de herram ientas in te ligentes. Actua lm ente ya podem os m ed ir la presion sanguinea, el ritm o cardiaco, la h idratacion, nuestros m ovim ientos para ver si hemos gastado suficiente energia o no. Dentro de p ron to podrem os ver el reloj y m edir donde esta el nivel de vitamina C para deducir si tenem os que comernos una naranja o no.

Esto lo vamos a tener de inm ediato en el fu tu ro y tendrem os que com portarnos en term inos de nuestra nutricion.

Declaraciones sobre la salud:

Las declaraciones saludables son para comunicar a los consumidores los beneficios que un a lim ento funcional puede brindarle.

Hay mucha discusion y debate a lrededor del m undo acerca de la regulacion de los alim entos y su relacion con las declaraciones saludables El fundam ento c ientifico de los beneficios asociados de los a lim entos es fundam enta l para todas las partes interesadas. Esto tam bien es necesario para co ns tru iry m antener la confianza de los consumidores.

El trabajo de I LSI es conjuntar el esfuerzo de los gobiernos, los academicos y la industria alimentaria. La ciencia es g loba l, la evidencia cientifica debe ser igual en cualquier pais a fin de evaluar los efectos de un a lim ento sobre la salud. Debem os trabajar para que el consum idor sepa d is tingu ir si lo que esta com iendo es bueno para su salud o no. De esta manera, como industria alimentaria podrem os vender p roductos de manera adecuada a los consumidores.

10 Analisis de biomarcadores de alimentos funcionales y su relacion con la nutrigenomica. Memorias.

La nutrigenomica y la nutrigenetica como herramientas para el control

de enfermedades relacionadas con la alimentacion.

Dr. Arm ando Tovar y Dra. N im be Torres, investigadores del Departam ento de Fisiologia de la

Nutricion del Instituto Nacional de Ciencias Medicas y Nutricion Salvador Zubiran.

La nutric ion ha ido evolucionando rap idam ente, en el pasado tuvo gran im portancia para evaluar el estado nutric io de una poblacion. Hoy en dia, los avances tecno log icos, en con jun to con el esfuerzo de investigadores y academ icos expertos en la materia, perm iten analizar una nueva mirada a la nutric ion y a la im portancia que esta im prim e a nivel molecular.

Ante las m ultip les investigaciones, ideas y aportaciones que han surgido a raiz de este tem a, este docum ento expondra los estudios realizados por un g rupo de expertos liderados por el Dr. A rm ando Tovar y la Dra. N im be Torres, investigadores del D epartam ento de Fisiologia de la N utric ion del Institu to Nacional de Ciencias Medicas y N utric ion Salvador Zubiran.

D icho D epartam ento se encarga de estudiar los mecanismos de accion de los nutrim entos a nivel molecular, area conocida com o nutrigenom ica, por o tro lado tam bien es concern iente a ellos el estudio de la nutrigenetica, misma que estudia com o las variaciones geneticas de una poblacion tienen una gran im portancia en la respuesta a un a lim ento o nutrim ento especifico, ambas se utilizan actualm ente com o herramientas para el contro l de enferm edades relacionadas con la a lim entacion.

El Dr. A rm ando Tovar y la Dra. N im be Torres consideraron de vital im portancia estudiar los mecanismos de accion de ciertos alim entos de origen mexicano.

Nutrigenomica y Nutrigenetica: Historia y Antecedentes.

Las primeras evidencias de la nutrigenom ica se rem ontan a los anos 60, cuando los cientificos Francois Jacob y Jacques L. M onod dem ostraron que los nutrim entos com o la glucosa y la lactosa eran capaces de regular la expresion genica del operon lac.

Los prem ios nobel de Fisiologia y M edicina en 1965 no sabian que estaban in troduciendo el fu tu ro de la nutrigenom ica, lo cual lograron gracias a sencillos experim entos hechos en bacterias. Estos organismos solo pueden vivir de los nutrim entos, com o puede ser la glucosa o lactosa.

Ellos se dieron cuenta que en la presencia de la lactosa, la bacteria solamente necesita inducir 2 genes: uno es la permeasa que perm ite la entrada de la lactosa y el o tro gen es la P-galactosidasa, que se encarga de rom per la lactosa en galactosa y glucosa.

Analisis de biomarcadores de alimentos funcionales y su relacion con la nutrigenomica. Memorias. 11

A lrededor de los anos 80, se in troduce el te rm ino de nutric ion molecular por el Dr. Richard Hanson que estudia los mecanismos de accion de los nutrim entos a nivel molecular. Posteriorm ente a lrededor de los 90 el experto y catedratico en nutric ion, Jose Maria Ordovas, describ io claramente las diferencias entre nutrigenom ica y nutrigenetica que son parte de lo que hoy conocem os com o genom ica nutricional.

Los nutrimentos y su impacto en la prevencion o desarrollo de enfermedades.

Los efectos de un nutrim ento repercuten en toda la via de expresion genica: D N A (variantes geneticas), RNA (transcriptom ica, e fecto en la expresion de ciertos genes), en la produccion de diferentes proteinas (proteom ica), e inclusive en la form acion de m etabo litos (metabolom ica). Dichos efectos no necesariamente se refieren a la prevencion en la salud, sino tam bien en la progresion de una enferm edad en caso de que exista una d ie ta inadecuada.

La nutrigenom ica, vista desde un concepto b io log ico , es defin ida com o la ciencia que estudia la regulacion de la expresion de genes por nutrim entos; es decir, com o los nutrim entos van a tener un e fecto en el transcrip tom a (expresion de genes), proteom a (expresion de proteinas), y m etabolom a (formacion de m etabolitos).

La nutrigenetica, por su parte, estudia com o las variaciones en el D N A de cada ind iv iduo influyen en la form a de com o vamos a utilizar, absorber y to lerar los nutrim entos o alimentos.

La nutrigenom ica es im portante para:

1. Conocer los mecanismos de accion de los nutrim entos a nivel molecular. (En M exico consumimos muchos a lim entos por trad ic ion o por costum bre; sin em bargo, la mayoria de las veces no sabemos si tienen un e fecto en la salud o no).

2. Desarrollar intervenciones dietarias basadas en evidencias cientificas con el ob je tivo de restablecer la salud y el peso adecuado. Estamos hablando de que es fundam enta l para hacer declaraciones de salud apropiadas con las evidencias cientificas; conociendo ios mecanismos de accion de los nutrim entos, se pueden hacer declaraciones especificas.

3. La prevencion de enferm edades relacionadas con la a lim entacion.

4. El desarrollo de porta fo lios d ietarios especificos para enferm edades especificas (punto a deta lla r en este docum ento).

5. Incrementar la e fectiv idad de una terapia sobre una enferm edad ya existente.

Hay pacientes que se encuentran consum iendo algun m edicam ento para una enferm edad especifica; sin em bargo, si consumen un porta fo lio o una mezcla de alim entos especificos, pueden increm entar la e fectiv idad de ese m edicam ento o inclusive d ism inuir el consumo de un m edicam ento especifico.

12 Analisis de biomarcadores de alimentos funcionales y su relacion con la nutrigenomica. Memorias.

La nutrigenomica en humanos.

A diferencia de las bacterias, los humanos consumimos una gran cantidad de nutrim entos en una sola com ida: protemas, grasa, colesterol, hidratos de carbono, fibra, vitaminas, y otros com puestos bioactivos, etcetera.

Estos com puestos quim icos en su form a natural en los alim entos son conocidos com o nutrim entos, y tam bien contienen com puestos b ioactivos que alteran procesos b io log icos d irecta o ind irectam ente a traves de cambios hormonales, princ ipa lm ente de insulina o glucagon.

De esa manera, los nutrim entos van a servir com o senales que se unen a sensores denom inados factores de transcripcion en el in te rio r de la celula, y de esta manera regular la expresion de genes.

Un fac to r de transcripcion es una pro te ina que se une a una region espedfica del D N A contro lando la transcripcion del D N A al RNA.

Los nutrim entos regulan la expresion de genes de la s igu iente manera: los alim entos que consumimos contienen d iferentes com puestos quim icos, mismos que serviran com o senales que pueden unirse d irectam ente a un facto r de transcripcion (sensor), y que a su vez se unira a regiones especificas del DNA, para inducir genes especificos para la produccion de una proteina (receptores, lipoprote inas o enzimas).

Sin em bargo, los nutrim entos tam bien pueden regular de manera indirecta la secrecion de algunas hormonas, principa lm ente de insulina y g lucagon.

La nutrigenomica en el desarrollo de portafolios dietarios.

El desarrollo de porta fo lios d ietarios es uno de los usos que se le puede dar a la nutrigenom ica. Veremos con deta lle que significa:

Se define com o po rta fo lio d ie ta rio al uso de alim entos funcionales (o a lim entos con a lto con ten ido en ciertos com ponentes) para normalizar param etros b ioqu im icos asociados al desarrollo de enferm edades cronico degenerativas con base en evidencias cientificas.

Los beneficios de un porta fo lio d ie ta rio pueden ser:

• D ism inucion de la glucosa.• D ism inucion de la presion arterial.• D ism inucion del colesterol to ta l.• Aum ento del colesterol HDL.• Sin efectos colaterales.• Se pueden inclu ir a lim entos locales o alim entos

especificos de una poblacion.• De preferencia de bajo costo.

El traba jo de los expertos del departam ento de Fisiologia del Institu to Nacional de Ciencias Medicas y N utric ion Salvador Zubiran los llevo a desarrollar porta fo lios d ie tarios especificos para los principales problemas de saiud en M exico.

Analisis de biomarcadores de alimentos funcionales y su relacion con la nutrigenomica. Memorias. 13

Al igual que en otros paises, los mexicanos sufren graves problem as de obesidad (52.2 m illones), sindrom e m etabolico (44.5 m illones), d iabetes (7.3 m illones) y enferm edades cardiovasculares (18 m illones); po r esto, se desarrollo el p rim er po rta fo lio d ie ta rio para d is lip idem ia (alteracion del m etabolism o de lipidos), que registra una afectacion de 25 m illones de personas.

Desarrollo.

En el 2004, los expertos que lideraron el desarrollo de este porta fo lio registraron evidencia cientifica a traves de un estudio realizado en animales, el cual dem ostro que el tip o de proteina era im portan te en la secrecion de insulina.

Estudios en ratas dem ostraron que los animales que consumieron proteina vegetal de buena calidad, com o lo es la pro teina de soya, presentaron menores concentraciones de insulina en comparacion con los animales alim entados con proteina de origen animal, com o la caseina; esto no significa que la caseina fuera una pro teina poco conveniente, sino que el patron de am inoacidos de la proteina de soya producia que se liberara menos insulina despues del consumo de dicha proteina. Estos hallazgos se relacionaron con una m enor induccion del gen del fac to r de transcripcion SREBP-1 que censa las concentraciones de insulina.

El fac to r SREBP-1 esta involucrado en la sintesis de acidos grasos que son los responsables de que los trig lice ridos suban o bajen. El consumo de proteina de soya aumenta en m enor g rado la expresion de SREBP-1 lo que indica en una m enor sintesis de acidos grasos y por lo ta n to una dism inucion de los trig liceridos.

Al analizar los cortes h isto log icos de los h igados de los animales que fueron alim entados con proteina de soya, resulto que tenian menores depositos de lip idos en com paracion con los animales que fueron alim entados con caseina. Ad ic ionalm ente, se encontro que este efecto no solo se debe al patron de aminoacidos, sino tam bien a la presencia de otros compuestos b ioactivos que contiene la proteina de soya, en este caso las isoflavonas.

Despues de varios estudios y anos de investigacion se ha pod id o elucidar el mecanismo de accion de la pro teina de soya, concluyendo que las isoflavonas y el patron de am inoacidos de dicha pro teina tienen un e fecto muy im portante en el pancreas, d ism inuyendo asi la secrecion de insulina y por consecuencia el fac to r de transcripcion SREBP-1 (sensor de insulina). Esto deriva en la dism inucion de la expresion de genes de enzimas involucradas en la sintesis de acidos grasos com o la sintasa y la enzima malica, lo que traera com o consecuencia que se depositen menos lip idos en el h igado.

Considerando que a lrededor del 50% de los pacientes con obesidad tienen h igado graso, el consumo de pro teina de soya podria ayudar a d ism inuir el deposito de trig lice ridos en el h igado. O tros estudios de nuestro g rupo han dem ostrado que el consumo de proteina de soya dism inuye el dano renal.

14 Analisis de biomarcadores de alimentos funcionales y su relacion con la nutrigenomica. Memorias.

^Los estudios en animales reflejan lo mismo en humanos?

Existen registros de estudios sobre los efectos de la proteina de soya en los humanos con d iferentes resultados: en 1995, James Anderson dem ostro que hubo una ligera dism inucion del colesterol to ta l (9.3%), el colesterol LDL (12.9%) y los trig lice ridos (10.5%) despues del consumo de proteina de soya.

Posteriorm ente, el Dr. David Jenkis en el 2003, encontro que habia un e fecto mas considerable de la proteina de soya, 22% en el colesterol to ta l, 28.6% en el colesterol LDL y 7.7% en los tr ig lice ridos; sin em bargo, Zhan y Ho en el 2005 encontraron un e fecto muy m odesto en el consumo de esta proteina: 3.8% en colesterol to ta l, 5.3% en colesterol LDL y 7.3% en trig liceridos. Por lo que se puede conclu ir que existen variaciones en las respuestas a un de te rm inado alim ento.

De ahi partieron para preguntarse: <j,que pasaria si combinaram os dos o mas alim entos para aum entar el benefic io de uno de ellos?, en este caso se diseno un porta fo lio d ie ta rio a base de pro teina de soya y fib ra soluble.

Cabe aclarar que no existe una dieta o a lim ento m ilagro que cure el 100% de las enferm edades relacionadas con la a lim entacion, ya que cada ind iv iduo absorbe, m etaboliza y utiliza los nutrim entos o alim entos de d iferen te manera.

Si ponem os com o e jem plo un g rupo de pacientes h iperlip idem icos a quienes som eterem os a un tra tam ien to d ie ta rio , tendrem os como resultado 3 tipos de respuesta: los h ipo-respondedores (les disminuira levem ente las concentraciones de un param etro b ioqu im ico), los norm o- respondedores (dism inucion de entre un 10 y un 20% de estos parametros bioquim icos), y los h iper-respondedores (cuando el po rta fo lio d ie tario responde de manera muy positiva).

Los d iferentes tipos de respuesta se deben a variaciones en el genoma que afectan solam ente una base nucleotid ica. La nutrigenetica va a estudiar las variaciones geneticas en ind ividuos que van a m odificar el m etabolism o de nutrim entos, la utilizacion y la to lerancia a los alimentos.

Cada ind iv iduo tiene los mismos genes con ligeros cambios llamados variantes geneticas. Estas variaciones son las que d istinguen a una persona de otra, y se denom inan polim orfism os de un solo nucleo tido o SNPs, los cuales m odifican la absorcion, el m etabo lism o a la utilizacion e inclusive la to lerancia a los alimentos. Es por ello que no veremos la misma respuesta en todos los ind ividuos despues de un tra tam ien to d ie tario .

Dos meses despues de la aplicacion del m encionado po rta fo lio d ie tario a base de proteina de soya y fib ra soluble en sujetos que tenian dislip idem ias, se ob tuvo com o resultado pocos hipo-respondedores, una buena cantidad de norm o-respondedores y una gran cantidad de hiper- respondedores.

De igual manera, hubo una gran cantidad h iper-respondedores cuando m idieron las concentraciones de trig liceridos. Com o resultado se puede conclu ir que la com binacion de estos dos alim entos (proteina de soya y fib ra soluble) es muy buena para el contro l de trig liceridos, colesterol LDL

Analisis de biomarcadores de alimentos funcionales y su relacion con la nutrigenomica. Memorias. 15

y colesteroi to ta l. En resumen, despues de 2 meses, el colesterol to ta l de los pacientes som etidos al tra tam ien to d ie ta rio dism inuyo 20.58%, los trig liceridos 40.38% y el colesterol LDL 19.86%.

Existen una gran cantidad de variantes geneticas en cada poblacion en to d o el m undo. En este estud io se enfocaron especfficam ente a una variante genetica exclusiva de las poblaciones americanas. Recientemente el Dr. Samuel Canizales encontro que una variante en el gen ABCA-1 es exclusiva del continen te americano y se relaciona con bajas concentraciones de HDL, obesidad y d iabetes mellitus.

El gen ABCA-1 viene de sus siglas en ingles ATP-binding cassette transporter, el cual tiene com o funcion extraer el colesterol de las celulas perifericas, y llevarlo hacia el hfgado para que ahi pueda ser e lim inado. La mala noticia es que aproxim adam ente el 20% de la pob lacion mexicana tiene este variante y presentaban las concentraciones de colesterol HDL mas bajas; sin em bargo, la noticia buena es que eran los mejores respondedores al tra tam ien to d ie ta rio y por o tro lado, las mujeres eran mas respondedoras que los hombres. Es por ello que se pueden desarrollar portafo lios d ietarios para una enferm edad especifica y para una poblacion especifica con variantes geneticas espedficas. Aproxim adam ente, con este porta fo lio d ie tario , se podrian ver beneficiados a lrededor de 3 a 4 m illones de adultos mayores de 20 anos con HDL bajo y el po lim orfism o ABCA1R230C.

Portafolio Dietario para el Smdrome M etabolico.

El sindrom e m etabolico es un conjunto de factores que se manifiestan al presentarse trig liceridos altos, resistencia a la insulina, h ipertension, colesterol HDL bajo y obesidad, cuyas consecuencias son d iabetes tip o 2 o enferm edad cardiovascular en los pacientes con dicho sindrome.

Para el desarrollo de este porta fo lio , se hizo un estudio con pacientes que tuvieran 3 de estos factores: circunferencia de cintura > de 102 cm. en hombres, > 88 cm. en mujeres, trig lice ridos > 150m g/d l, colesterol HDL <40 m g/d l en hombres, <50 m g /d l en mujeres, h ipertension o glucosa >100 m g/d l.

Posteriorm ente se incluyeron los siguientes alim entos funcionales: la p ro tefnadesoya, p o rsue fec toan tih ipe rinsu linem icoyan tih ipe rlipem ian te ; nopal deshidratado, por su activ idad antih iperg lucem iante , antioxidante y fuente de fibra soluble e insoluble; semilla de chia, que es rica en acidos grasos to -3 y su activ idad antiinflam atoria , y avena, por su a lto conten ido de fibra soluble y su e fecto en la dism inucion de colesterol.

1.- Nopal: a lim ento tip ico que solamente se consume en M exico, esta com puesto de diferentes polifenoles: quercetina, kamferol, vitam ina C y betacarotenos, los cuales le dan una activ idad antioxidante . Por otra parte, tiene un a lto conten ido de agua, por lo cual es un a lim ento bajo en calorias; tam bien contiene oxalato de calcio, lo que hace que el calcio del nopal sea pobrem ente b iod ispon ibe , y es una buena fuen te de fibra soluble e insoluble. Los to ltecas, los olmecas y los aztecas utilizaron las propiedades medicinales del nopal com o cura para heridas y escorbuto.

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Estudios previos en nuestro labora torio han dem ostrado que el nopal tiene un indice g licem ico bajo, po r tan to se puede recom endar para pacientes d iabeticos para utilizarlo en la regulacion de sus concentraciones de glucosa. Sin em bargo, poco se sabe sobre el mecanismo de accion del nopal; p o re llo , se p roced ioa estudiarlo. Uno de los mecanismos por el cual los nutrim entos pueden regular las concentraciones de glucosa e insulina es a traves de 2 pep tidos: GLP (Glucagon like peptide) y GIP (glucose dependen t insu lon itropic peptide). Estos pep tidos gastrointestinales tienen una gran im portancia en la regulacion de insulina.

Tomando esto en cuenta, se p roced io a estudiar si el consumo de nopal tenia algun e fecto sobre la secrecion de estos dos peptidos. Para lo cual se realizo un estudio en sujetos sanos que consumieron dos tipos de alim entos: 50 gs de glucosa com o estandar y 50 gs de h idratos de carbono provenientes del nopal. Los sujetos que consumieron hidratos de carbono proven iente de la glucosa, aum entaron las concentraciones de GIP sign ificativam ente, y los que consumieron hidratos de carbono provenientes del nopal tuvieron cambios m uy leves en las concentraciones de GIP.

El GIP esta regulado princ ipalm ente por dietas altas en hidratos de carbono, y esto hace secretar la insulina; sin em bargo, a lim entos com o el nopal no estimulan el GIP y por ende tam poco la secrecion de insulina ni al recepto r de GIP en el te jid o adiposo, por lo tan to , el consumo pro longado de nopal puede estim ular en m enor g rado las concentraciones de GIP y su recepto r en el te jid o adiposo. Aunque fa ltan hacer estudios a largo plazo, el consumo de nopal podria ayudar a la regulacion de GIP y p robablem ente a contro lar el desarrollo de la obesidad.

Una de las caracteristicas interesantes del nopal es que tiene varios com puestos del g rupo h idroxilo , los cuales le proporcionan actividad antioxidante : es capaz de atrapar las especies reactivas de oxigeno. Las especies reactivas de oxigeno principa lm ente se provocan por fumar, la radiacion, las infecciones y carcinogenos, etc.El extracto po lifeno lico del nopal es capaz de atrapar 4 especies reactivas de oxigeno, y su consumo es capaz de aum entar la actividad antioxidante en plasma, sangre to ta l o e ritroc itosAhora podem os decir que el nopal es la contribucion de M exico a los a lim entos funcionales con activ idad antioxidante .

2.- Semilla de chfa: Tambien los aztecas la consumian cuando requerian un nivel elevado de energia despues de realizar largas caminatas. Es una excelente fuen te de acidos grasos om ega 3, principa lm ente de acido lino lenico y es una buena fuen te de fibra soluble y retrasa la absorcion de glucosa.

Los sensores para los acidos grasos poliinsaturados localizados en las celulas de los nutrim entos son los llamados PPAR (Proliferator Peroxisome activated receptor), los cuales regulan los principales genes involucrados en la oxidacion de acidos grasos com o la Carnitin palm itoyl-transferasa (CPT-1). Sin em bargo, no se tenia conocim ien to sobre si la semilla de chia que es rica en acidos grasos om ega 3 era capaz de activar a PPAR . Para investigar esto, se a lim entaron ratas con d iferentes tipos de acidos grasos, desde muy saturados hasta poliinsaturados. Se encontro que el

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aceite de chia era capaz de inducir la expresion de PPAR y la enzima CPT-1 involucrada en la oxidacion de los acidos. La consecuencia de consumir estos acidos grasos poliinsaturados es la reduccion en el nivel de trig liceridos.

En el estudio realizado, todos los pacientes con sindrom e m etabo lico eran hipersulinem icos, e inclusive algunos ya eran d iabeticos. Despues de consumir durante dos meses este porta fo lio d ie ta rio d ism inuyeron la resistencia a la insulina, redujeron un 21.8% su intolerancia a la glucosa y una dism inucion en las concentraciones de trig lice ridos y de la proteina C reactiva.

A la par, encontraron que los pacientes con el polim orfism o en el gen ABCA1 asociado con el desarrollo de diabetes m ellitus, obesidad y HDL bajo son los que dism inuian mas de peso, y ademas fueron los que presentaban concentraciones mas altas de adiponectina, que es una citosina antiinflam atoria que es producida por el ad ipocito .

En resumen, los pacientes con sindrom e m etabo lico som etidos a una dieta reducida en energia de 500 calorias y baja en grasa saturada, tuvieron una dism inucion del peso corporal, el IMC y la circunferencia de cintura.

Despues de una segunda intervencion con el po rta fo lio d ie ta rio para el sindrom e m etabo lico, estos pacientes se vieron mas beneficiados: dism inuyeron los trig liceridos, la pro teina C reactiva, la insulina y la intolerancia a la glucosa. Tambien dism inuyeron considerablem ente su peso y aum entaron la adiponectina.

A lrededor de 22 a 30 m illones de personas con sindrom e m etabo lico se podrian ver beneficiadas con este po rta fo lio d ie ta rio .

El siguiente porta fo lio que se desarrollo fue para Diabetes, pero aun se encuentran en desarrollo.

Para ello, dem ostraron tam bien que el consumo de nopal tiene un efecto antih iperg lucem iante.

El estudio arrojo que sujetos d iabeticos con una d ie ta alta en h idratos de carbono y que consumieron nopal dism inuyeron sign ificativam ente las concentraciones de glucosa.

Los picos en las concentraciones de glucosa se perdieron cuando combinaron proteina de soya y nopal. Es por ello que la com binacion de proteina de soya con nopal desh idratado es recom endable en paciente diabeticos.

Pacientes que consumian tam bien proteina de soya con nopal tienen menores concentraciones de trig lice ridos en el posprandio.

Por otra parte, se encontro que la activ idad antioxidante en el plasma de pacientes con d iabetes tip o 2 era mayor cuando consumian nopal con respecto a los que consumian el desayuno alto en proteina. La combinacion de proteina de soya con nopal aumenta la actividad antioxidante y dism inuye despues en el posprandio, po r lo cual ayuda a controlar la produccion de especies reactivas de oxigeno que se generan durante el proceso de la diabetes.

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Recomendaciones especi'ficas.

Hay una fuerte interaccion entre los nutrim entos, la expresion de genes, la variab ilidad genica y la salud.

• Con la ayuda de la nutrigenetica se podran generar recomendaciones especfficas sobre la com posicion de la d ie ta para el op tim o beneficio de cada ind iv iduo o nutric ion personalizada.

• Es de gran im portancia tom ar en cuenta que nuestra variabilidad genetica va a hacer que cada organism o responda de diferentes maneras a los alimentos. Habra genes que se van a inducir, otros se van a reprim ir y esto traera com o consecuencia diferentes tip o de respuestas: algunos h ipo-respondedores, otros hiper- respondedores y esto da por u ltim o que encontrem os diferentes fenotipos.

• El papel del nu trio logo es muy im portante , la evaluacion clinica, la d ie te tica y la evaluacion del estado de nutric ion arrojara un d iagnostico . La nutrigenom ica conociendo los mecanismos de accion de los nutrim entos y evaluando la predisposicion al desarrollo de ciertas enferm edades, nos ayudara al desarrollo de la nutric ion personalizada.

Com o aportacion adicional, los expertos dieron a conocer su defin icion A t sobre el concepto:

Si englobam os los conceptos de nutrigenom ica y nutrigenetica para conocer los mecanismos de accion de los nutrim entos, se puede hablar de "nu tric ion in teg ra l".

Tambien es muy im portan te tom ar en cuenta el concepto para la industria de alim entos en la elaboracion de alim entos especificos para enferm edades especfficas. C onociendo la predisposicion a ciertas enferm edades, los nu trio logos y expertos de la salud podran elaborar y comercializar a lim entos funcionales para enferm edades especfficas.

Propuestas por parte de ILSI:

M ejorar la difusion de estos nuevos conceptos de nutrigenom ica y nutrigenetica entre los nutrio logos, para que puedan utilizar estas areas de la nutric ion para el contro l de sus pacientes y tam bien trabajar en con jun to con la International Food In form ation Council (IFIC), para conocer la percepcion de la pob lacion sobre la seguridad de los alimentos, la nutric ion y la salud.

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