Az emberi táplálkozás, a környezet és az egészség

Jim Kaput

Nestlé Egészségtudományi Intézet, Lausanne, Svájc

Martin Kussmann

Nestlé Egészségtudományi Intézet, Lausanne, Svájc

Marijana Radonjic

EdgeLeap B.V., Utrecht, Hollandia

Fabio Virgili

CRA-NUT, Élelmiszer- és Táplálkozási Kutatóközpont, Róma, Olaszország

Giuditta Perozzi

CRA-NUT, Élelmiszer- és Táplálkozási Kutatóközpont, Róma, Olaszország

A túl sok vagy túl kevés kalóriát fogyasztó vagy a mikro- és makrotápanyagok elégtelen szintjét fogyasztó személyek egészségének javítása továbbra is nagy kihívás a mai világ számára. Az előrejelzések szerint a jövőbeni generációk számára a friss és egészséges gyártott élelmiszerek fenntartható módon történő biztosítása nehezebbé válik, mert a föld népessége bővül és öregedik, az elhízás miatt szaporodnak a krónikus betegségek, és a helyi és globális környezet gyorsuló ütemben változik. A táplálkozási kutatásnak fontos szerepet kell játszania abban, hogy bizonyítékokon alapuló ajánlásokat nyújtson a politikai döntéshozóknak, az agrárközösségnek és a nagyközönségnek az elkövetkező évtizedekben várható kihívások kezelésére.

A táplálkozástudományi közösség jelentős mértékben hozzájárult az egy tápanyaghiány virtuális kiküszöböléséhez, amelyek például beriberit, rickettet, pellagrát és skorbutot okoznak. Ezeknek a beavatkozásoknak a sikere hozzájárult ahhoz a meggyőződéshez, hogy egyetlen vagy néhány mikroelem enyhítheti vagy megszüntetheti a növekedést és a kognitív zavarokat, vagy megakadályozhatja más krónikus állapotok, például elhízás és cukorbetegség kialakulását. Ezenkívül számos táplálkozási vizsgálatban túl kevés résztvevő vett részt, korlátozott számú molekuláris leolvasást és fenotípusos végpontot mértek és elemeztek, hiányoztak a genetikai elemzések, és földrajzilag specifikusak voltak, a környezeti tényezők elégtelen elemzésével, amelyek befolyásolhatják a fiziológiát. A vizsgálatokat általában más beavatkozásoktól függetlenül hajtották végre, eltérő tervezésű vagy végpontokkal, akadályozva a különböző genetikai vagy kulturális populációk egészségi állapotának javítását vagy fenntartását, valamint a fogyasztók és a betegek, mint egyének számára történő ismeretek előállítását. Tanúja lehet a cukorbetegség, az elhízás és más életmóddal összefüggő betegségek járványának, miközben csaknem egymilliárd embernek hiányzik a minőségi táplálkozás a teljes fizikai és kognitív fejlődés eléréséhez.

A Systems Nutrition Topical Collection kiemeli az áttekintéseket, a rendszerek táplálkozási kutatásának példáit és a rendszerelemzés kiterjesztését a testen belüli mérésekről a teljes tápanyagláncra a talajtól a villáig (http://tinyurl.com/onosror).

A rendszeres táplálkozással kapcsolatos kutatások eleve elismerik, hogy a környezet befolyásolja a biológiai rendszert. A környezeti változók mérése általában az étrendre korlátozódott, és alkalmanként kiválasztott más életmódbeli változókat, például az aktivitást. A táplálékminőséget nagyban befolyásolja a talaj és az éghajlat, ahol az élelmiszert termesztik, valamint hogyan és hol szállítják és tárolják. Az élelmiszerek hozzáférhetősége és az ára a társadalmi-gazdasági spektrumban is eltérő módon befolyásolja a tápanyagok bevitelét. Ezenkívül az élelmiszer-előállítási rendszer ma már globális, és ezek a tényezők külön-külön és interaktív módon befolyásolják helyi élelmiszer-környezetünket. Az egyre növekvő tudatosság, miszerint az éghajlatváltozás és a népesség növekedése már most is kihívást jelent arra, hogy elegendő tápláló ételt állítsunk elő a következő évtizedekben, feltárta annak szükségességét, hogy az alapvető táplálkozási kutatásokat összekapcsoljuk az élelmiszerellátási rendszer hálójával (Kaput et al. 2015).

A rendszer-táplálkozás fogalmi és módszertani keretrendszerét a különböző genetikai hátterek mikrotápanyag-követelményeihez viszonyítva vizsgáljuk felül (Monteiro et al. 2015). A populációs szintű adatok korlátozott transzlálhatósága az egyének számára hangsúlyozza az n-of-1-re összpontosító kísérleti tervek fontosságát, a tipikus eset/kontroll kísérleti tervek kiegészítéseként. A mikro- és makro-tápanyagokra adott különböző válaszok abból adódnak, hogy az egyes genetikai sminkeket a környezet másképp befolyásolja - az egyének ugyanúgy táplálkozási beavatkozásra másképpen reagálhatnak, és általában is reagálnak erre.

A rendszerszemléletet és megközelítéseket alkalmazni kell az egészség és a betegségek folytonosságára. Zhao és mtsai. ismertesse az omika integrációjának alkalmazását a 2-es típusú cukorbetegség kutatásában (Zhao et al. 2015). Az étrendben lévő vegyi anyagok megváltoztatják a transzkripptikus, proteomikus, metabolomikus, epigenetikai és mikrobiális profilokat, amint azt humán és állatkísérletekben bemutatták. A rendszerszemléletek legfontosabb kihívása az adatok integrálása, hogy eredményes eredményeket hozzanak mind az egészséges, mind a beteg egyének számára.

A biológiai folyamatok dinamikusak, ezért az alapul szolgáló hálózatok a rendszerbe történő bevitel függvényében változnak. Derous és mtsai. A hálózati alapú modellezést az adatok és ismeretek integrálásának és bányászatának hatékony platformjaként alkalmazta, hogy átfogóan jellemezze az egér fehér zsírszövetének alkalmazását a magas zsírtartalmú étrendhez, globális szempontoktól a mechanisztikus részletekig terjedve (Derous et al. 2015). Dúsított biológiai folyamatokat tartalmazó háromrétegű interakciós hálózati modell épült fel és funkcionálisan elemezve, összekapcsolva a hálózaton belüli transzkripciós szabályozókkal, és a hálózatot összefüggésbe hozták a fiziológiai paraméterek változásával. A kapott tudásbázis új mechanikus betekintést nyújtott az étvágyszabályozásba, a magas zsír okozta patológiába, és nyomokat adott az étkezési zsír hatékony kezelésére irányuló intervenciós stratégiához.

Bár a rendszerhálózat-elemzés koncepciója még mindig kialakulóban van, a nyilvánosság számára elérhető meglévő adathalmazok felhasználhatók új betekintések és eredmények előállításához. Kutmon és mtsai. 1,25-dihidroxi-D3-vitaminnal kezelt prosztatarákos sejtekben a transzkriptum és a mikroRNS mennyiségének változásáról nyilvánosan elérhető adatkészletet használ (Kutmon et al. 2015). A PathVisio és a Cytoscape hálózati eszközök azonosították a sejtciklus és a rák-specifikus útvonalakat, amelyeket ez a vitamin megváltoztatott.

Ez a rendszeres táplálkozással foglalkozó aktuális gyűjtemény folyamatosan változó kiadvány - az elkövetkező 2 évben kérésre és nem kívánt hozzájárulásokkal bővítjük az elektronikus publikációkat. Célunk a rendszer-táplálkozással és annak lefordíthatóságával kapcsolatos kutatások ösztönzése a személyes és a közegészség javítása érdekében.

Az emberi táplálkozás, a környezet és az egészség konferencia újabb lépés a globális közösség kialakításában a táplálkozási kutatások terén. A Keystone Szimpózium, a BMGF és az Egyesült Államok NIH anyagi forrásokkal járult hozzá az LMIC kutatóinak bevonásához, hogy beszédet mondhassanak vagy részt vegyenek a konferencián. A konferencia előtti workshop további információkat nyújtott a hálózatbiológia fogalmairól, terminológiájáról és stratégiáiról az ezen országokból érkező résztvevőknek. Ezek az erőfeszítések, amelyek a világ minden tájáról származó kutatókat vonják be ebbe az új tudományba, a korábbi rendszer-táplálkozási konferenciákra és műhelytalálkozókra (pl. Kaput és mtsai 2014) építenek, a Nestle Egészségtudományi Intézet (nestleinstitutehealthsciences.com), a NuGO (NUGO.org) támogatásával., COSBI (COSBI.eu), Wageningen University a VLAG (vlaggraduateschool.nl), a DSM (DSM.com) és a BMGF (gatesfoundation.org) végzős iskoláján keresztül.

A rendszerszintű gondolkodás és a nagy áteresztőképességű omikai módszerek az elmúlt évtizedben jelentek meg, és most már cselekvhető szakaszban vannak. A táplálkozás területén kurált adatbázisok készülnek (van Ommen et al. 2010), és a számítási módszerek érlelődnek a többszintű, több forrásból álló adatok integrációjának és elemzésének megközelítéséhez, beleértve a dinamikát is. Új szabványok készülnek az adatrögzítésre és -megosztásra vonatkozóan: a létrehozott adatokat és kapcsolatokat nyomon követhető, átlátható, jegyzetekkel ellátott és hozzáférhető erőforrásokként kell dokumentálni, ideális esetben számítógéppel olvasható formátumban, amely készen áll a hatékony bányászatra és a szélesebb tudományos közösség által végzett keresztellenőrzésre. A táplálékhiány és a táplálékkiegészítés rendszerszintű megértésének fokozott egészségügyi előnyei hozzájárulnak az olyan eredmények javulásához, mint az elakadás megelőzése, a növekedés javulása és a fizikai fejlődés, a fertőző betegségek iránti fogékonyság csökkenése, a gyógyulás képességének javulása. fertőzések és a kognitív fejlődés javulása.