Nutriomic - analiză complexă a interacțiunii dintre mediul nutrițional și biologic
Nutriomic - analiză complexă a interacțiunii dintre mediul nutrițional și individualitatea biologică Frank Döring Biogeneză, tehnogenă Alimentare Mediu nutrițional Sănătate/boală umană (. Om)
. omics Tehnologiile cu cip ADN aparțin noii biologii ca știință mare Manfred Eigen: biologia ca știință mare Începutul biologiei ca știință mare: Renato Dulbecco 1986. acum trebuie să ne concentrăm pe genomul celular. filogenomică genomică Complet. Secvențierea genomilor. Comparația genomului diferitelor specii. Comparația genomilor în cadrul unei specii transcriptomică proteomică genomică structurală. Detectarea mrnas în celule/țesuturi. Detectarea proteinelor din celule/țesuturi. Elucidarea structurii 3-D a domeniilor proteice. Identificarea interacțiunilor proteină-proteină fenomică operomică. Clarificarea funcțiilor genetice (genomică funcțională). Combinarea tuturor. omici pentru descrierea sistemului Manfred Eigen, Perspektiven der Wissenschaft, 1988 (Deutsche Verlags-Anstalt); Renato Dulbecco, Science 231, 1055 (1986) Nature: 402, 23 (1999); 402: 362 (1999); 402: 413 (1999); 402, 714 (1999) 403, 623 (2000)
De la genom la funcție - reducerea complexității? ADN celular Genom 3 x 10 9 baze 30.000-40.000 gene Metabolom 100-1000 (?) Complexom metabolit 100-1000 complexe proteice C-C-N N-C-C 5 hn-rna mrna 3 polimorfom 1 bază/1000 baze transcriptom 5.000-10.000 mrnas proteom 5.000-10.000 proteine
Principiul și aplicațiile tehnologiei cipului ADN Aplicații Analiza transcriptomului: Influența lui x asupra expresiei genelor Analiza polimorfomului: Variabilitate biologică la nivelul bazelor unice (polimorfism nucleotidic unic = snp) celule/țesuturi marcate ADN/ARN catene 5 -. TACGGGTGTTAA. -3 5 -. TACCCCGCCATA. -3 Detectarea a> 10 3 ADN/ARN -3 -ATGCCCACAATT. -5 5 - . TACGGGTGTTAA. -3-3 -ATGGGGCGGTAT. -5 5 - . TACCCCGCCATA. -3 - simultan - semiquantitativ - specific (1 bază !)
Polimorfisme mono-nucleotidice, hipertensiune și sensibilitate la sare 74 de indivizi Izolarea amplificării ADN-ului genomic, marcare, fragmentarea ADN-ului a 75 de gene candidate pentru reglarea tensiunii arteriale Analiza SNP cu 9 cipuri de ADN și 2.500.000 de sonde genetice Science 280, 1077 (1998); Nature Genetics 22, 239 (1999) 190.000 baze (codificare 50%) 874 SNP (0,5%) 387 codificare SNP (44%) 207 SNP conduc la substituții de aminoacizi de ex. B. 17 SNP în gena angiotensinogenului. Determinarea predispozițiilor individuale la hipertensiune și sensibilitate la sare
Cerințe nutriționale și individualitate biologică Număr de indivizi Cantitatea de nutrienți/zi
Aprovizionare cu nutrienți dependenți de polimorfism? 30.000-40.000 de gene: 10.000 de coduri pentru enzime: 2.500 au nevoie de cofactori Cofactori: vitaminele fac parte din 30% din polimorfismele/mutațiile din genele pentru enzimele dependente de cofactor duc la o valoare Km crescută pentru cofactor 50 polimorfisme/mutații descrise: doze mari de vitamine duc pentru restaurarea parțială a activității enzimatice a enzimei cinetică polimorfism normal [cofactor] Linus Pauling (Science 160, 265-271, 1968). disfuncția poate fi cauzată de mutații care afectează Km de enzime Roger Williams (anii 60): Individualitatea în nevoile nutriționale este baza pentru abordarea genetotrofă și pentru credința că nutriția se aplică cu grija cuvenită variațiilor genetice individuale
Aprovizionare cu folat dependent de polimorfism? Acid tetrahidrofolic metionină sintază (B 12) acid metilen tetrahidrofolic acid metil tetrahidrofolic serină hidroximetiltransferază (B 6) metilen tetrahidrofolat reductază (B 2, niacină) depozitare polimorfism dtmp: 677C T (Ala Val) 5-20% valină/valiosină ) Valoarea Km pentru FAD (B2) crește apoproteina fără enzima de stabilizare a folatului instabil FAD
gust dulce amar dulce-amar 3 receptori cuplați la proteina G receptor 1 + 3 = receptor receptor amar 2 + 3 = receptor dulce
Aplicații selectate pentru analiza variabilității genetice folosind cipuri ADN Exemple de aplicații/Posibilități Literatură Identificarea grupurilor de risc Cancer de sân (BRCA1) Nature Genetics 4.441 (1996) Multe tipuri de cancer individualizate (p53) NAR 9,43 (2000) Screening pentru nou-născuți Acta Paed 88,61 (1999) variabilitate genetică Farmacoterapie enzime de fază I (p450) Tendințe Pharm.20, 342 (1999) Regim nutrițional Obezitate (receptor MC4) Am J Hum Genet. 65,1501 (1999) Tensiune arterială (sensibilitate la sare) Variabilitate genetică premisă pentru eficiență iar aplicațiile raționale, totuși, sunt cunoașterea funcției genei. În caz contrar, recomandările se fac pe baza corelațiilor, care, totuși, au adesea valoare euristică.
Generarea deficitului de zinc in vivo pentru identificarea genelor sensibile la zinc Gavage de șobolan, dietă semisintetică, dieta de control de 11 zile: 25 mg Zn/kg dietă Deficiență: 1,3 mg Zn/kg grup de control al dietei, n = 12 grup de deficit, n = 12 - controlul deficitului de zinc: fenotip - Îndepărtarea țesuturilor - izolarea mrnelor - marcarea mrnelor - cipuri ADN: compararea nivelurilor de mrna pentru 10.000 de gene între animalele martor și cele maltratate
Analiza transcriptomului: identificarea genelor sensibile la zinc 4x8x18x18 = 10.368 gene 6000 exprimă 5600 neschimbate 200 ATP citrat liasă 200> 5% din gene sunt influențate în exprimarea lor de zinc
De la genele sensibile la zinc până la regulonul zincului + +
De la gene sensibile la zinc până la regulonă de zinc Funcția cofactorului timulinului de zinc Axa hormonului de creștere Metabolism străin Transducție de semnal Expresia genelor (> 5%) Trafic Metabolismul grăsimilor Metabolismul proteinelor Identificarea rețelelor funcționale Genele sensibile la zinc ca biomarkeri
De la o rețea funcțională de ordin superior la o rețea de proteine in-silico de viață: 232 de unități funcționale Graficul rețelei de reacție conservate evolutiv dintr-o celulă virtuală Tendințe de simulare a celulelor întregi în biotehnologie 19, 205 (2001) Nature 414, 141 (2002)
Identificarea genelor dietei și a genelor de îmbătrânire n = 3 pe grup 5 luni 30 luni 30 de luni dieta de îmbătrânire restricție de calorii (CR) prevenirea dietei (DV) 100% control al supraviețuitorului control mediu pe viață: 33 luni dietă: 45 luni grup dietetic (76%) Muscle poly (a) + -RNA 6347 gene sonde/chip aging: 58 mrnas 55 mrnas KR: 51 mrnas 57 mrnas DV: 63% din genele de îmbătrânire 0 Știință 285, 1390 (1999) 40 20 60 vârsta în luni
Analiza transcriptomului utilizând cipuri ADN permite înregistrarea influenței diferiților factori asupra genomului și exprimarea genei. Exemple/Posibilități Literatură Dezvoltare Metamorfoză d. Fruchtfliege Science 286, 2179 (1999) Cellular Networks MAP Kinase Pathways (Drojdie) Science 287, 873 (2000) Ciclu celular (Drojdie) Mol Cell 2, 65 (1998) Cancer Subtiparea celulelor B Limfom Nature 402, 503 (2000) ) compuși toxici agent alchilant PNAS 96, 1486 (2000) terapie farmaceutică CPX/fibroză chistică Mol Med 5, 753 (1999) cercetare nutrițională - obezitate administrare leptină/creștere în greutate JBC 275, 10429 (2000) - îmbătrânire aport energetic/restricție calorică Știința 285, 1390 (1999) - Nutrienți glucoză/β-celule PNAS 97, 5773 (2000) Regim alimentar deficit de nutrienți/biomarker flora intestinală
Cipuri ADN între cimitirul de date și știința nutrițională teoretică 100.000 gene 1000 tipuri de celule (in vivo, cultură celulară) 100 specii, rase sau grupuri 10 etape de dezvoltare 100 nutrienți 1000 ingrediente alimentare non-nutritive 100 combinații de nutrienți 10 concentrații 10 modele experimentale 10 21 date bioinformatică Nutriinformatică
Individualitate genetică alimentară analiza genomului cipuri ADN descrierea sistemului de interacțiune genom-genom