Étel evolúciós kontextusban: betekintés az anyatejből

Katie Hinde

1 Humán evolúciós biológia tanszék, Harvard Egyetem

2 Agy, Elme és Viselkedés Egység, Kaliforniában

3 Táplálkozási laboratórium, Smithsonian Nemzeti Állatpark

4 Foods for Health Institute, University of California Davis

J. Bruce német

4 Foods for Health Institute, University of California Davis

5 Élelmiszertudományi és Technológiai Tanszék, University of California Davis

Absztrakt

Bevezetés

A növény- és állatfajok közötti kölcsönhatások ezen evolúciós dinamika szemszögéből tanulmányozva szélesíteni tudtuk magunknak az étel összetettségét. A biológiai rendszerek folyamatosan újrahasznosuló folyamatok, és tágabb értelemben valamennyien valamennyien valamilyen élelmiszer számára vagyunk. Azonban a különféle organizmusokra mint táplálékra gyakorolt szelektív nyomás azonnali változása nagyban változik. Továbbá a modern mezőgazdaság képességei; a genetika és az irányított tenyésztés, az élelmiszer-feldolgozás és a termékkészítmények az embereket arra késztették, hogy étrenddel soha nem látott módon ellenőrizzék személyes egészségüket.

A tej lényegében tápanyag-leadó rendszer. Bár koncepciója szerint egyszerű, minden lényeges tápanyag megfelelő mennyiségben történő átadása az anya étrendjéből és a testraktárakból a tej útján egy emlős csecsemő felé félelmetes. Az élelmiszerekből származó tápanyagok többségének biohasznosulása oldhatatlanságuk, reakcióképességük vagy komplexképződésük miatt gyenge. Ezenkívül az elfogyasztott tápanyagok változó mértékben felszívódnak, amelyek bizonyos mértékig függenek más tápanyagok jelenlététől és koncentrációjától az étrendben. Ezeknek a kapcsolatoknak a megértését nagyrészt az összetett ételmátrixokból származó tápanyagok felszívódásával kapcsolatos fáradságos kutatások fejlesztették ki, például az étkezési vas felszívódását ma már tudják, hogy a C-vitamin fokozza és a fitátok gátolják. 5 A táplálkozás bonyolultabb kérdéseinek megértése ugyanazon molekuláris részletességgel, a felnőttek étrendi bevitelének összetettségének azonosításával és kontrollálásával, gyorsan leküzdhetetlenné válik, részben azért, mert az étrendi bevitel az egyes egyének között nagyon eltérő. Az anyatej sokkal könnyebben kezelhetővé teszi az ilyen vizsgálatokat, mivel a tej az egyetlen emlős a korai csecsemőkorban fogyasztott étel.

A tej mint az általános táplálkozás modellje megvilágíthatja az étrend és az egészség más dimenzióit. Például a táplálkozási körülmények a korai fejlődés során, vagy inkább a program, a fiziológia és a neurobiológia egész életen át tartó következményekkel járnak az anyagcserére, az egészségre, a megismerésre és a viselkedésre. 6 Ez tovább bonyolítja a felnőttek táplálékának és táplálkozásának vizsgálatát; Az élelmiszerek felhasználása nemcsak a sokszínű felnőtt étrend fentiekben ismertetett összetettségét tükrözi, hanem a fejlődésük során kialakult fiziológiai útvonalaktól is függ, amelyek egyedülállóak a korai környezetükhöz. A korai élelmiszer-fogyasztás dinamikájának megértése, pl. az anyatej tehát a korai táplálkozás létfontosságú dimenziójaként jelenik meg, különösen az egészség későbbi életben történő optimalizálása érdekében.

Anyatej: evolúciós perspektívák

A makrotápanyagok összetételének ezek a lenyűgöző variációi a fajok között bizonyos mértékben leplezték a tej mélyebb összetettségét. A csecsemő számára kalóriát biztosító makro-alkotóelemeken túl pl. zsír, fehérje és cukor, az anyatej immunglobulinokat, ásványi anyagokat, vitaminokat, hormonokat, baktériumokat és oligoszacharidokat tartalmaz. 4 Egy kicsi, de egyre növekvő számú szakirodalom feltárja ezen összetevők táplálkozási funkcióinak szélességét. Például kutatások kimutatták, hogy a tej specifikus mikrokomponensei önmagukban és együttesen hozzájárulnak a csecsemők neurobiológiai, kognitív, szomatikus, metabolikus és immunfejlődéséhez. 4,8-9

Fontos, hogy nem csak a tejösszetétel változik fajonként, hanem a tejösszetétel az anyák között is fajonként. 4 Ily módon a csecsemők „személyre szabott” tejet kapnak anyjuktól. Például az emberek és a főemlősök között a tejzsírsavak a közvetlen étrendből, az anyai szövetraktárakból és az emlő bioszintéziséből származnak. Ezért a lipidösszetétel tükrözi az anya táplálékfelvételét mind a laktáció alatt, mind a laktációt megelőző hónapokban, sőt években. 10 Kiterjedt kutatási tevékenységet szenteltek a hosszú szénláncú többszörösen telítetlen zsírsavaknak (LCPUFA), különösen az omega-3 zsírsavaknak; dokozahexaénsav (DHA) és prekurzora alfa-linolénsav (ALA). Kutatások kimutatták, hogy a zsírsavkoncentrációk az emberi anyák között változnak. 11 Az LCPUFA biztosítja a neurológiai szövetek fejlődési összeállítási folyamatait, amelyek kritikusak a neurodevelopment és a kogníció szempontjából, bár a mechanisztikus részletek őrületesen homályosak maradnak. Az akut étrendi bevitel mellett az LCPUFA-t az anyai szomatikus lipidkészletekből mozgósítják. 9 Ennek eredményeként a csecsemőket pufferolják édesanyjuk zsírsav-fogyasztásának rövid távú étrendi ingadozásai.

Sőt, a tejszintézisben természetesen előforduló egyéni különbségek képesek kalibrálni vagy programozni az egyéni fejlődési pályákat. A rhesusmajmok között a tej energia sűrűségében (kcal/g), a hozamban és a kortizolkoncentrációban fennálló egyéni különbségek szerepet játszanak a csecsemő növekedési sebességében és a viselkedés fejlődésében. A 12-14 rhesus makákók (Macaca mulatta) különösen értékes állatmodellek a tej azon tulajdonságainak vizsgálatára, amelyek befolyásolják a csecsemő fejlődési pályáit. A makákó és az emberi törzs közötti eltérés ~ MYA-ban következett be, ezek a nem emberi főemlősök leggyakoribb biomedicinális modelljei, és genomjuk szekvenálva van. 15 Ezenkívül a rhesus és az emberek általában egyedülálló csecsemőket hoznak létre, amelyek egy összetett társadalmi hálózat kontextusában nőnek és fejlődnek. 13 Ezen okok miatt a rhesus eredményei kényszerítően lefordíthatók az emberek hasonló magasabb rendű funkcióinak mechanizmusaiba.

A tejoligoszacharidok termelését kódoló emberi gének és az ezeket megemésztő baktériumok együttes evolúciója megvilágítja, hogy a természetes szelekció hogyan hoz létre komplex adaptációkat. A legelemibb, hogy ez a figyelemre méltó táplálékrendszer az intenzív szelektív nyomás eredményeként jött létre, amelyben az anyák egyidejűleg szintetizálják a csecsemőjüknek szánt táplálékot és a bélbaktériumok táplálékát, amelyek optimalizálják a csecsemő táplálékának asszimilálódását. Ennek eredményeként az anyák nem csak kettőért esznek, hanem 2 * 10 11 (saját bélmikrobiomjuk, valamint csecsemőjük )ért is esznek.!

Az anyatej nem csak a kommenzális baktériumok létrejöttéhez biztosítja a tápanyagot, a tej továbbra is baktériumokkal oltja be az újszülöttet. A rhesus makákókban az anyatej számos jótékony tejsavbaktériumot tartalmaz, amelyek az anya béljéből egy még ismeretlen útvonalon át az emlőmirigybe transzlokálódnak, és vertikálisan továbbjutnak a csecsemőhöz posztnatális úton. 20 A tejsavbaktériumok hozzájárulnak az emésztési lipolízishez és a proteolízishez, valamint a kalcium, a foszfor és a vas asszimilációjához, és metabolitokat termelnek, amelyek gátolják a patogén mikrobák létrejöttét. 18-19 Az anyai bél eredetű baktériumokat az emberek és a rágcsálók tejében is azonosították, de még sok mindent meg kell érteni ezen baktériumok transzlokációjának és működésének mechanizmusáról, amikor a fejlődő fiatalok lenyelik őket. 19-20

Bátortalan, hogy a tej összetevőinek sokfélesége és funkciói továbbra is kevéssé kutatottak és nagyrészt alulértékeltek. Noha alkalmanként dokumentálják, a tejösszetevők egészségügyi következményeivel kapcsolatos legtöbb kutatás a kereskedelmi forgalomban lévő tápszerek és az anyatej összehasonlításából származik, és kizárólag az alapvető tápanyag-állapot tekintetében. A jövőbeni kutatásoknak szisztematikusan meg kell vizsgálniuk a szoptató anyák közötti tejösszetétel közötti különbségek sok forrását és különféle következményeit. Például az egyes emberi és makákó anyák eltérőek az oligoszacharidok és baktériumok sokféleségében és elterjedtségében a tejükben, azonban ennek a változatosságnak a forrását és az egyes csecsemőkre gyakorolt következményeit még nem magyarázták. A tej „személyre szabásának” sajátos módszereinek megértése - a tej alkotórészei közötti egyedek közötti eltérések nagysága és forrásai, valamint a csecsemőre gyakorolt következmények - segíteni fognak a kereskedelmi tápszerek javításában és a felnőttek táplálkozásának fordítható betekintésében.

Mások teje: gén-kultúra együtt-evolúció

Következmények az emberi egészségre

Bár a kultúra meglehetősen gyorsan képes megváltozni, a természetes szelekció hosszabb időn belül alakítja a genomot. Például az étkezés étkezésének, ízlelésének, emésztésének és anyagcseréjének élettani és neurobiológiai mechanizmusai 28 az ősök környezeti viszonyai között meglehetősen alkalmazkodóak voltak. Evolúciós múltunkban a korábbi Homo fajok nagy távolságokra vadásztak és gyűltek össze, és jelentős mértékben támaszkodtak a szezonálisan rendelkezésre álló különféle növényi anyagokra. 29 Az egyének túlnyomó többsége valószínűleg semleges energiamérlegben volt abban az értelemben, hogy a viselkedési tevékenységük során elfogyasztott napi energia szorosan megfelelt az általuk fogyasztott energiának. Az ókorban, amikor az egyének ritka, cukorokban, zsírokban és sóban gazdag ételekkel találkoztak, aktiválódott az agy dopaminerg „jutalom” áramköre. Ez örömérzetet váltott ki és felpörgette a gorombolást, ami nagyon hasznos taktika, ha a nagy értékű ételek jövőbeni elérhetősége bizonytalan egy változó tájban. 30

Étrendi ökológiánkat a modern világban azonban a mindenütt jelen lévő „gyorséttermek” jellemzik - nagyon emészthető és energetikailag sűrűek -, és ha egyszer az anyagcsere hatékonyságához alkalmazkodó gének egyre rosszabbul alkalmazkodnak, mivel hozzájárulnak a túlzott súlygyarapodáshoz, és még inkább rombolóan, különféle anyagcsere-diszfunkciók. 30 Fontos, hogy csak néhány generáció élte át az emberi populációk egy részében ezt a táplálkozási környezetet a kereskedelmi élelmiszerekben és különösen a feltűnő kalóriadússágot. Következésképpen nem telt el elegendő idő ahhoz, hogy véletlenszerű rekombinációk és mutációk keletkezzenek, amelyek olyan metabolikus utakat eredményeznek, amelyek kevésbé hatékonyak vagy képesek az üzemanyag-ellátást a termelő tevékenységhez igazítani. Ehelyett „evolúciós poggyászt” hordozunk olyan gének formájában, amelyek hozzájárulnak az üzemanyagok túlzott fogyasztásához, amelyeket mozgásszegény életmóddal kombinálva hatékonyan tárolnak a testünkön, nem pedig jobban az egészségre és a teljesítményre.

Nem vagyunk azonban genomunk túszai. A fenotípus a gének és a környezet terméke. Noha génjeink a modern világtól annyira eltérő ősi múltat tükrözik, a korai táplálkozási környezet módosítása fontos lehetőség az egészséges fenotípus kialakítására. Például az étvágy idegi áramkörét részben a 30-31-es korai fejlődés során elfogyasztott ételek hozzák létre, és az étkezési preferenciákat meg lehet tanulni az anyatejjel. 33 Mindazonáltal, bár bizonyíték van a korai jelentős alkalmazkodóképességre, ezen utak képlékenysége a fejlődés során csökken. 34-35 Ezért a szoptatás időszaka az egészséges táplálkozási preferenciák és az egészséges növekedési pályák alakításával potenciálisan kritikus időszak a jövőbeli elhízás elleni küzdelemben és a változó környezetünk kezelésében. Az életmód-módosítások felnőttkorban, ha a neurobiológiai és anyagcsere-utak megalapozottak, valószínűleg sokkal kisebb és átmenetibb hatást gyakorolnak a fenotípusra.

Következtetések

Az evolúciós perspektíva javítja az élelmiszerek és a fogyasztók közötti komplex kölcsönhatások megértését az idő múlásával, és ezáltal tájékoztatja arról, hogyan viszonyulunk ma az élelmiszerhez és az emberi egészséghez. Fontos hangsúlyozni, hogy nemcsak az egyes egyedek genetikai felépítése egyedi, hanem a genom is úgy fejlődött, hogy sok gén működése a környezeti inputtól függ. És mivel az egyes emberek társadalmi, táplálkozási és mikrobiális környezete egyedülálló, génjeik és környezetük dinamikus integrációja profitálni fog a személyre szabott táplálkozásból és az emberi egészség optimalizálásához szükséges gyógyszerekből. A személyes étrend irányításának megszerzésével, különösen a kritikus fejlődési ablakok idején, amikor a plaszticitás a legnyilvánvalóbb, az emberi fenotípus számos dimenziója javítható. Ezért felhatalmazhatjuk a fogyasztókat arra, hogy ne csak az egészségüket a betegség hiányának érzékeljék, hanem egészségi állapotuk, teljesítményük és gyógyulásuk javítását egész életen át.

Köszönetnyilvánítás

Köszönjük Alexandra Carricknak, hogy lehetőséget biztosított ennek a kommentárnak a megírásához, és két névtelen bírálónak a kézirat korábbi tervezetéhez fűződő átgondolt megjegyzéseikért. Ezt a kiadványt részben a Kaliforniai Egyetem Discovery Grant Programjának, az Országos Környezetegészségügyi Tudományos Intézet P42 ES02710, a genetikai gyermekkori autizmus kockázatai és a Környezetvédelmi tanulmány támogatása, valamint a P01 ES11269 Környezetvédelmi Intézet és a National Institute of Health – Nemzeti Intézet támogatása tette lehetővé. gyermekegészségügyi és emberi fejlesztési díjak 5R01HD059127 és 1R01HD061923.