Cradle of Health - LMU München

Căutarea urmelor în sânge: așa-numitul metabolom oferă un fel de raport de stare al metabolismului. Pediatrul Berthold Koletzko încearcă să citească din date cât de mult îi afectează dieta unui bebeluș viața sa viitoare.

Studiile lui Berthold Koletzko arată că copiii alăptați au mai puține șanse să aibă probleme de greutate mai târziu. Foto: Jörg Lange/Picture Alliance

Nu numai sângele curge prin vene, ci și un cocktail de peste 1000 de substanțe chimice diferite. Nu vă faceți griji, ei aparțin acolo, cel puțin majoritatea. Este urmele moleculare pe care viața le aduce cu sine. Produsele inițiale, intermediare sau finale ale metabolismului uman, așa-numiții metaboliți, circulă în organism. Fiecare bucată de ciocolată, fiecare pâine cu cârnați, fiecare rulou de pește și fiecare afine lasă un fel de amprentă chimică. Eliberate în tractul digestiv, substanțele nutritive se deplasează în sânge și se răspândesc de la vârful părului până la vârful degetului și sunt absorbite de celule. Enzimele transformă majoritatea nutrienților în compuși noi sau le descompun în mai mulți pași pentru a produce energie. De exemplu, acizii grași cu lanț scurt din uleiurile vegetale se transformă în cei cu lanț lung, pe care celulele le pot construi în cele din urmă în membranele lor.

Fiecare celulă nu numai că transformă substanțele nutritive care intră, ci și se produce cu sârguință: purtători de energie chimică, hormoni și alte molecule de semnal, de exemplu. Și apoi există o a treia sursă de produse metabolice care a fost în mare parte ignorată până acum câțiva ani: bacteriile care se instalează în intestinul uman. Această floră intestinală nu numai că ajută la digestie, ci și controlează nenumărate procese din organism. Microorganismele antrenează sistemul imunitar și ne protejează de boli autoimune și alergii. Dar produc și substanțe mesager precum serotonina, care acționează asupra sistemului nervos central și asupra sistemului cardiovascular. Și completează activitatea metabolică a enzimelor umane. Colina din carne, de exemplu, este transformată într-o substanță numită TMAO în mai multe etape de reacție cu ajutorul bacteriilor intestinale, care reduce elasticitatea vaselor de sânge și poate duce la boli de inimă.

Aceste 1000 de substanțe din sânge - și există probabil multe altele - au ca rezultat o imagine fiziologică a ființei umane, un fel de raport de stare biochimică despre starea sa, activitățile sale metabolice - și despre sănătatea sa. Pe baza „genomului”, care descrie integralitatea tuturor genelor, cercetătorii au inventat termenul „metabolom”, care acoperă toate procesele metabolice, inclusiv toate produsele intermediare. Pentru Berthold Koletzko, care conduce Departamentul de Metabolism și Nutriție la Spitalul de Copii Hauner de la Clinica LMU, aceste urme din sânge oferă informații importante despre dezvoltarea bolilor.

„Amprenta” chimică a bolii
Deoarece fiecare boală schimbă tiparul metabolic tipic al unei persoane. Imprimă propria amprentă chimică pe metabolom. Un exemplu este nivelul puternic fluctuant al glicemiei la diabetici. Alte boli sunt, de asemenea, diagnosticate astăzi pe baza semnelor lor caracteristice în hemogramă. Aceasta include, de asemenea, cele 14 tulburări congenitale metabolice și hormonale pentru care fiecare copil nou-născut din Germania a fost testat de rutină din 2005. Acest program de screening găsește în fiecare an câteva sute de nou-născuți cu aceste afecțiuni, care pot fi tratați corespunzător înainte de apariția primelor simptome.

Și un număr tot mai mare de cercetători urmărește aceste urme în sânge și le folosește pentru a studia cum apar bolile în primul rând. Profesorul de pediatrie Koletzko, de exemplu, împreună cu colegii săi Franca Kirchberg, Christian Hellmuth și Olaf Uhl încearcă să explice modul în care tipul de alimentație timpurie afectează constituția ulterioară. Poate promova dezvoltarea tulburărilor metabolice? Koletzko a observat că rata de creștere în primii doi ani de viață sugerează cu o anumită certitudine riscul ulterior de a fi foarte supraponderal și a unor afecțiuni asociate, cum ar fi diabetul. „Știm acum că creșterea este foarte dependentă de nutriție”, spune medicul. Cei care au fost alăptați la bebeluși au, de asemenea, un nivel mai scăzut de colesterol și mai puține depozite vasculare mai târziu în viață și, prin urmare, sunt mai bine protejați de bolile cardiace și circulatorii.

Desigur, predispoziția joacă, de asemenea, un rol important în creștere și sănătate, dar aprovizionarea cu alimente pare a fi un factor de mediu cu o influență majoră. „Am văzut într-un studiu amplu că copiii alăptați și cei care sunt hrăniți cu hrană alimentată cu biberonul cresc foarte diferit”. Koletzko suspectează că s-ar putea datora diferitului conținut de proteine. Dar poate doar componentele proteice individuale influențează creșterea până la vârsta școlară. Recent, echipa lui Koletzko a publicat un studiu randomizat care arată influența puternică a nutriției timpurii a copilăriei asupra sănătății pe termen lung. După naștere, copiilor li s-a administrat o formulă convențională pentru sugari cu un conținut ridicat de proteine sau o formulă hrănită cu biberon cu un conținut mai scăzut de proteine, care era mai aproape de compoziția laptelui matern. După o dietă bogată în proteine, indicele de masă corporală (IMC) a fost semnificativ mai mare la vârsta școlii primare, iar riscul obezității ajustat pentru alți factori de influență a fost de aproape trei ori mai mare decât după alimentația pentru copii cu conținut scăzut de proteine.

Interacțiunea diferiților factori de influență
Pentru a afla care substanțe au cea mai mare influență în alimentația copiilor, grupul de lucru examinează tiparele metabolice din sângele copiilor și urmărește modificările pe care le cauzează în organism. „Programarea metabolică” este ceea ce cercetătorii numesc procesul prin care cursul biologic este stabilit pentru dezvoltarea viitoare și viața în ansamblu. Pentru că acest lucru nu este determinat doar de genele pe care fiecare ființă umană le moștenește de la tatăl și mama sa, așa cum s-ar crede acum 15 ani, când primul genom uman tocmai fusese descifrat. „În acel moment se credea încă că genele modelează în primul rând caracteristicile fizice”, spune Koletzko. Astăzi este clar că o fac doar în interacțiune cu factori de mediu, cum ar fi dieta. „Dacă diagnosticăm fibroza chistică la un copil, de exemplu, nu putem prezice deloc evoluția bolii doar cu un test genetic. Abia începem să înțelegem cum funcționează aceste interacțiuni cu alți factori de influență. "

Dar care sunt acești factori? Cel puțin în cazul albinelor, la această întrebare se poate răspunde deja clar: hrana pe care o hrănesc larvele decide dacă se vor transforma în muncitori sau în regină. Dacă obțineți suc de furaje bogat în proteine timp de 13 zile, care este vândut în multe magazine de produse naturiste sub numele de Lăptișor de matcă, veți deveni regine. Dacă primesc această secreție de la albinele lucrătoare care hrănesc doar trei zile și apoi miere și polen, devin lucrători. Multă vreme s-a crezut că anumite substanțe din lăptișorul de matcă au fost cauza conversiei în regină. De fapt, alimentarea timpurie cu polen și miere asigură faptul că genele din materialul genetic al larvelor sunt inactivate prin metilarea epigenetică a ADN-ului în așa fel încât să se dezvolte lucrătorii și nu reginele. Cu alte cuvinte: există o regină în fiecare albină. Cu toate acestea, apare doar atunci când i se administrează o dietă specială timpurie.

Substanțele din furaj declanșează astfel căi de semnalizare biochimice care asigură pornirea sau oprirea genelor pe termen lung. Acest fenomen epigenetic este observat și la om. „Într-un studiu observațional, dieta la începutul sarcinii a fost legată de tiparele epigenetice care preziceau conținutul de grăsime corporală al copiilor de vârstă școlară”, spune Koletzko. Medicul suspectează că afecțiunile metabolice din organismul matern declanșate de nutriție sunt motivul pentru care semnăturile epigenetice sunt rescrise pe părți ale genomului copilului. Cu toate acestea, s-ar putea dovedi în continuare că această ipoteză nu este viabilă.

Cunoștințe pentru promovarea sănătății preventive
Ce mecanisme moleculare cauzează modificări epigenetice și ce efecte au dietele diferite este o întrebare importantă de cercetare asupra căreia Koletzko și grupul său de lucru lucrează îndeaproape cu Eva Lattka și Sonja Zeilinger de la Centrul Helmholtz pentru Mediu și Sănătate din Neuherberg. „Știind acest lucru ar putea îmbunătăți considerabil promovarea sănătății preventive.” Nu în ultimul rând, într-un proiect major finanțat de Consiliul European de Cercetare (ERC) cu aproximativ 2,5 milioane de euro, scopul declarat al lui Koletzko este de a aborda problemele cheie legate de reglementarea creșterii copilului clarificați și contribuiți la recomandări dietetice mai bune.

Cercetătorii metabolici știu deja astăzi că greutatea mamei are, de asemenea, o influență asupra greutății ulterioare a copiilor ei. Această observație poate fi justificată în mod clar, chiar dacă abia începe să se înțeleagă în ce mod molecular metabolismul tulburat al mamei este imprimat în memoria biologică a copiilor ei. Cu toate acestea, ar fi de mare beneficiu să cunoaștem substanțele care pot proteja împotriva bolilor. Ca și factorul din laptele matern care pare să protejeze împotriva obezității și a altor afecțiuni. Koletzko are o suspiciune specifică și planifică studii care să-i poată dovedi suspiciunile.

Koletzko examinează, de asemenea, efectele factorilor nutriționali și metabolici după perioada perinatală. O întrebare este dacă consumul de pește bogat în grăsimi cu un conținut ridicat de acizi grași omega-3 cu lanț lung afectează funcțiile creierului copiilor. Într-un studiu randomizat, familiile cu copii mici au primit mese pregătite cu sau fără pește de mare. La începutul și la sfârșitul studiului, copiii participă la un program standardizat de testare, cu care se distrează de obicei foarte mult și care este destinat înregistrării posibilelor efecte. Aici, grupul de lucru a reușit să măsoare efectele metabolice ale dietei din tampoanele mucoasei obrazului care erau complet inofensive pentru copii.

O provocare specială pentru Koletzko și angajații săi este evaluarea seturilor de date foarte extinse care sunt obținute cu metodele moderne de analiză extrem de sensibile. Aproximativ 250 de substanțe metabolice diferite pot fi cuantificate din fiecare probă de sânge de la un copil care participă la un studiu. Datele genetice și epigenetice colectate sunt și mai extinse. „Una dintre dificultățile de aici este că nu te așezi la diferențe aleatorii între probele de sânge, ci mai degrabă le identifici pe cele care au cu adevărat un sens biologic”, spune medicul. Evaluarea acestui lucru necesită mult timp, motiv pentru care calitatea analizei datelor este deosebit de importantă.

Dacă încercați să desenați metabolismul uman ca o diagramă de circuit, apare o rețea confuză de reacții chimice, care sunt uneori legate între ele prin etape intermediare. Nu este încă posibil să înregistrați toate procesele în același timp. Prin urmare, cercetătorii se concentrează pe secțiuni relativ mici ale rețelei biochimice, dar nu trebuie niciodată să piardă din vedere tabloul general al metabolismului. Acesta este singurul mod în care pot învăța cum, chiar și după 70 de ani, corpul unei persoane își amintește ce s-a întâmplat în primele câteva săptămâni din viața sa.
Hanno Charisius (revista de cercetare Insights 1/2014)

Prof. Dr. Berthold Koletzko este profesor de pediatrie, conduce secția de medicină metabolică și nutrițională la Dr. Spitalul de Copii von Haunersche al Clinicii LMU și este membru al Centrului de Studii Avansate LMU. Koletzko, născut în 1954, a studiat medicina umană la Universitatea din Münster. Pregătirea sa în medicină pediatrică și pentru adolescenți l-a dus la clinici din Africa de Sud, Tanzania și Canada, printre altele. Și-a finalizat abilitarea la Universitatea din Düsseldorf. În 2012, Consiliul European pentru Cercetare i-a acordat o Bursă pentru Investigatori Avansați.