Metoder för att undersöka hur gener påverkar

>> AKTUELL FORSKNING
Nutrigenomik:
Metoder för att undersöka hur gener
påverkar kostens hälsoeffekter
Hälsoeffekter av näringsämnen har traditionellt
undersökts genom att analysera en eller ett fåtal
fysiologiska markörer, exempelvis blodkolesterolnivå. Med nutrigenomik blir det möjligt att ta ett
större grepp om hur kosten påverkar vår hälsa och
även koppla det till individens genuppsättning.
>> text: Gunilla Önning, Matilda Ulmius och Anna Johansson, Biomedicinsk nutrition, Lunds universitet. [email protected]
N
utrigenomik är samlingsnamnet på flera
olika genetiskt baserade
tekniker som studerar
sambandet mellan kost och genetik.
Målet är att ge underlag för personliga kostrekommendationer baserat
på genuppsättningen, men än är det
lång väg dit.
Genpolymorfismer, det vill säga
genvariationer, leder till funktionella
skillnader i aktivitet hos det protein
som bildas med den aktuella genen
som mall. Sådana skillnader kan ha
betydelse för om man får en sjukdom
eller ej. Genvariationer kan också
medföra att ett visst näringsämne
eller andra substanser i maten ger
olika fysiologiska effekter hos olika
personer, vilket man brukar benämna nutrigenetik. Gener kan också
komma att uttryckas (aktiveras)
olika beroende på vilka ämnen vi får
i oss via maten och detta kan man
utforska med nutrigenomik.
”Omiker” ger möjligheter
Utifrån nutrigenomiken har tankar
väckts om att man skulle kunna
designa dieter speciellt för varje
individ, det vill säga ge varje individ
kostråd som är optimala med hänsyn
till genuppsättningen (”personalized
26 Nordisk Nutrition 3 • 2008
nutrition”). Än så länge är dock kunskapen om samspelet mellan gener
och fysiologisk effekt av enskilda näringsämnen eller hela dieter mycket
begränsad (1).
Däremot har olika tekniker utvecklats som gör det möjligt att utföra
studier för att undersöka dessa samband närmare. Istället för att studera
en eller ett fåtal biologiska markörer
i taget, vilket är det traditionella
sättet att studera effekter av en viss
kostintervention, kan man med dessa
nya tekniker studera ett mycket stort
antal markörer samtidigt. Dessutom
erbjuder teknikerna nya möjligheter
att koppla de effekter man ser till
individens genuppsättning.
Nutrigenomik används som samlingsnamn för de nya teknikerna, som
inkluderar transkriptomik, proteomik
och metabolomik. Varje ”omik” är en
komplex funktion av de andra ”omikerna” eftersom vägen från gen till
metaboliter interagerar i ett sammanhängande nätverk. De olika ”omikerna” beskrivs översiktligt i Tabell 1 (se
sid 28) och visas schematiskt i Bild 1.
Maten kan påverka
Näringsämnen och andra ämnen i
maten kan påverka i alla steg från hur
generna uttrycks, det vill säga vilka
proteiner som kan bildas, till inverkan
på metabolismen. Fettsyror kan till
exempel ha en direkt inverkan på hur
DNA avläses till mRNA, genom att
binda till så kallade peroxisomproliferator-aktiverade receptorer (PPAR)
(2). PPAR-receptorerna påverkar
bland annat avläsningen av gener som
har betydelse för energiomsättningen.
Ämnen i maten kan också påverka
avläsningen av DNA mer indirekt
genom att de påverkar nivåerna av
andra ämnen som i sin tur reglerar
avläsningen.
Att kosten påverkar avläsningen
av DNA har visats bland annat i en
studie där mRNA från fettvävnad
analyserades hos personer med
metabolt syndrom före och efter ett
12-veckors intag av råg respektive
havre/vete/potatis (3). I gruppen
som åt råg nedreglerades runt 70
gener varav en del knutna till insulinsignalering och apoptos (programmerad celldöd). I gruppen som
åt havre/vete/potatis uppreglerades
istället cirka 60 gener, varav några
relaterade till stress. Kost påverkar
även metabolismen och genom att
mäta vilka metaboliter som ligger
utanför den normala nivån så öppnas möjligheten att förstå varför en
viss kost gynnar individens hälsa.
>> AKTUELL FORSKNING
DNA
Transkriptomik
Transkription
mRNA
Ribosomer
Genom och SNP
Translation
Proteomik
Aktivt protein
ex. enzym
Post-translationella
modieringar
Metabolomik
Substrat
Produkt
Bild 1: Aktiverade gener genomgår så kallad transkription där den genetiska informationen avläses från DNA till mRNA, som i sin tur utgör själva mallen för proteinet som ska bildas. Denna
process äger rum i cellens kärna. Den påföljande processen, när mRNA översätts till polypeptider (protein), kallas för translation och sker i cellens ribosomer. Nysyntetiserade proteiner modifieras ofta efter translationen, så kallade post-translationella modifieringar. Modifieringen kan
till exempel vara att en kolhydratgrupp sätts på eller att så kallade co-faktorer binds till proteinet. Många proteiner blir enzymer som, då de aktiverats, omvandlar en metabolit (substrat) till
en annan produkt (produkt).
Komplext samspel
I takt med att tekniken utvecklas
ökar möjligheterna att klarlägga hur
olika individers sjukdomsrisk påverkas av faktorer i maten. För vissa så
kallade monogena sjukdomar kan
man redan idag göra sådana förutsägelser. Att sjukdomen är monogen
innebär att den beror av uttrycket av
en enda gen. Sådana sjukdomar är relativt enkla att studera, och ofta kan
man identifiera en åtgärd som helt
eliminerar risken för att sjukdomen
utvecklas.
Ett exempel på en monogen sjukdom som är relaterad till kosten är
fenylketonuri. Genom att utesluta fenylalanin ur kosten kan de drabbade
personerna bibehålla sin hälsa.
För de flesta sjukdomar, till
exempel övervikt, diabetes, hjärt-
kärlsjukdomar, benskörhet, cancer
och högt blodtryck, är dock bilden
mer komplex. För dessa sjukdomar
påverkas sjukdomsutvecklingen av
många gener, varav vissa ännu är
okända, i samverkan med miljöfaktorer, däribland kosten.
När många gener är inblandande
behöver en förändring i en enstaka
gen inte nödvändigtvis leda till sjukdom, och det är därför betydligt svårare att förutsäga hur stor betydelse
en enskild gen har för sjukdomsrisk.
Det är då inte heller lika enkelt att
förutsäga hur en viss behandling eller
kostintervention kommer att påverka
sjukdomsförloppet. Till exempel är
det inte alls säkert att två olika individer svarar lika på en diet avsedd att
vara blodlipidsänkande.
Ett mål inom nutrigenomiken är
Människans arvsmassa (genom,
DNA) har ungefär 22 000 gener.
Varje gen består i sin tur av olika
baspar som ger information om
hur aminosyror ska byggas ihop
till ett protein. Den övervägande
majoriteten av människans alla
gener, hela 99,9 procent, överensstämmer mycket väl mellan
olika människor.
Det finns dock DNA-sekvensen
där man vet att det ofta förekommer variationer från individ
till individ. Dessa sekvenser
kallas för singelnukleotidpolymorfismer (SNP eller ”snippar”).
Uppskattningsvis finns det cirka
10 miljoner sådana sekvenser, varav man i dag har kännedom om
cirka 3,4 miljoner. Skillnader som
kan uppstå i dessa ”snippar” kan
bland annat avgöra om en individ utvecklar en sjukdom eller
inte, liksom hur individen svarar
på en viss kostintervention.
att länka samman de olika ”omikerna”
(systembiologi) för att få större möjlighet att kunna förutsäga sjukdomar
och kunna förebygga dessa genom
individanpassade kostråd. Det är
dock ännu för tidigt att ge sådana
personliga kostråd. Nutrigenomik är
en relativt ny vetenskap med en lång
väg framför sig.
Referenser
1. Vakili S och Caudill. Personalized nutrition:
Nutritional genomics as a potential tool for
targeted medical nutrition therapy. Nutrition
Reviews 2007; 65: 301-315.
2. Kaput J och Rodriguez Nutritional genomics: the next frontier in the postgenomic era.
Physiolog Genomics 2004; 16: 166-177.
3. Kallio P et al. Dietary carbohydrate modification induces alterations in gene expression
in abdominal subcutaneous adipose tissue
in persons with the metabolic syndrome: the
FUNGENUT Study. Am J Clin Nutr 2007;
85:1417-1427.
»
Nordisk Nutrition 3 • 2008 27
>> AKTUELL FORSKNING
Tabell 1. Översikt över och beskrivning av olika nutrigenomiktekniker.
Metabolomik
Proteomik
Transkriptomik
Vad analyseras?
Hur går det till?
Kommentarer
mRNA-sammansättningen analyseras i
ett visst ögonblick. Detta ger information om vilka gener som är aktiva, och
därmed vilka proteiner som kommer att
bildas.
På en centimeterstor mikrochip fästs
korta DNA-sekvenser (prober) som
matchar specifikt till individuella
mRNA. På denna yta binds fluorokrom-märkta kopior av mRNA. Därefter scannas chipet och bilden analyseras med en dator. Om ett mRNA
är vanligt kommer motsvarande prob
att lysa starkare än ett mindre vanligt mRNA.
Metoden för transkriptomik är
relativt standardiserad och i en
enda körning analyseras mRNA
för tiotusentals gener.
Kvantifiering och kategorisering av alla
proteiner som finns närvarande vid ett
visst ögonblick.
Den vanligaste metoden är tvådimensionell gelelektrofores som
separerar fram proteinerna, där man
även får information om dess isoelektriska punkt och molekylvikt.
Därefter används masspektrometri
för identifiering av proteinerna.
En fördel med denna teknik är att
man mäter en funktionell produkt,
det vill säga proteinet, från genuttrycket. Man kan också identifiera
så kallade posttranslationella modifieringar som kan relateras till aktivering eller inaktivering av proteinerna på grund av näringsintag.
Man analyserar alla små molekyler, metaboliter, som finns närvande i ett prov
vid ett visst ögonblick. Att analysera hela
metabolomet är dock svårt och därför
tillämpas ofta så kallad ”targeted metabolite profile”, där en specifik del av
metabolismen eller en specifik grupp
av metaboliter analyseras.
Analysmetoden är vanligtvis vätskekromatografi/gaskromatografi
(LC/GC) kopplat till masspektrometri
(MS) eller nukleär magnetresonans
(NMR), men även andra metoder
används. För identifiering av okända
metaboliter används ofta MS-MS.
Eftersom många metaboliter är
involverade i många olika enzymatiska reaktioner kan även små, ej
mätbara, förändringar i proteomet
ge mätbara skillnader i metabolomet vilket är en fördel med den
här tekniken.
28 Nordisk Nutrition 3 • 2008