De la Nutrigenómica y la Nutrigenética a la Nutrición traslacional

Dra Nimbe Torres y TorresDepto. Fisiología de la NutriciónInstituto Nacional de Ciencias Médicas y Nutrición “Salvador Zubirán”México, D.F

14 de Agosto 2013

Quinta Conferencia Científica Anual sobreSíndrome Metabólico dentro del ProgramaDe Nutrición en Enfermedades Crónicas

De la nutrigenómica a la nutrición traslacional

50’s

NUTRIGENOMICANUTRIGENOMICANUTRIGENETICANUTRIGENETICA

NUTRICIONNUTRICIONINDIVIDUALIZADA INDIVIDUALIZADA

Pasado Presente Futuro

BIOL MOLECULARBIOL MOLECULAREN LA NUTRICIONEN LA NUTRICION

EPIDEMIOLOGIAEPIDEMIOLOGIADE LA NUTRICIONDE LA NUTRICION

70-80’S

90’s08’

NUTRICION NUTRICION TRASLACIONALTRASLACIONAL

12’

CO

NO

CIM

IEN

TO

Tovar Armando, Torres Nimbe. Arch Latin Nutr 1996, Rev Invest Clin, 2003

DESCUBRIMIENTOSEN NUTRICION

APLICACIÓN EN LOS PROBLEMAS DE SALUD

BENEFICIO PARA LA SOCIEDADBENEFICIO PARA LA INDUSTRIA DE ALIMENTOS

SOLUCIONESNUTRICIONALESPARA LA SALUD Y EL BIENESTAR

DE LA INVESTIGACION A LA PRACTICA

NUTRIGENOMICAEstudia los mecanismosde acción de los nutrimentos

Genómica nutricional

Efecto de los nutrimentos sobre:

Estudia el efecto de la variación genética que modifica la absorción, lautilización, la tolerancia y el requerimiento de alimentos o nutrimentos

NUTRIGENETICA

Transcriptoma(genes)

Proteoma(proteínas)

Metaboloma(metabolitos)

224 fitoquímicos

GENETICA DEPOBLACIONES

Estudio de las variantes genéticas que se asocian con la predisposicón a desarrollar una enfermedad

NUTRIGENOMICA.

Estudia los mecanismos de acción de los nutrimentos y el efecto de los nutrimentos sobre:

el genoma, el transcriptoma, el proteoma y el metaboloma

LOS NUTRIMENTOS PUEDEN

ACTUAR A DIFERENTES

NIVELES EN LA VIA DE

EXPRESION GENICA

DNA

transcripción

traducción

post-traducción

Víadeexpresióngénica

Por que los Mexicanos han sobrevivido a base de maíz y frijol

leucinaleucina

Síntesis de proteínas

Síntesis de proteínas

mTORC1mTORC1

[leucina] 192 mg/g prot 130.4 mg/g prot Triptofano 7.6 mg/g prot 10.3 Lisina 19.8 mg/g prot 47.2

mTORC1 ?mTORC1 ?

Síntesis de proteínas ?Síntesis de proteínas ?

+

mTORC1 ?mTORC1 ?

Síntesis de proteínas ?Síntesis de proteínas ?

mTORC1 = mechanistic target of rapamycinmTORC1 = mechanistic target of rapamycin

-Crecimiento-Biosíntesis de macromoléculas

-Sobrevivencia de células

-Crecimiento-Biosíntesis de macromoléculas

-Sobrevivencia de células

Síntesis de proteínas

• Elongación de los ribosomas• Traducción del RNAm• Elongación de los ribosomas• Traducción del RNAm

mTORC1mTORC1

S6K 1S6K 1 4E-BP14E-BP1

Protein cinasa de serina/treonina

mTORC1 = mechanistic target of rapamycinmTORC1 = mechanistic target of rapamycin

60 S

40 S

P

Efecto de la calidad de la proteína sobre la ganancia de peso

GANANCIA DE PESO

5 10 15 20 25

-20

0

20

40

60

80CASEÍNASOYAMAÍZAJONJOLÍCHÍCHAROFRÍJOLFRÍJOL + MAÍZESPIRULINA

Tiempo (días)

Gan

anci

a d

e p

eso

(g

)

Efecto de la proteína de maíz, de frijol, y de maíz y frijol sobre la formación de poliribosomas

Subunidad 60S

Subunidad 40S

monosomas

La combinación de proteínas de diferente calidad pueden incrementar la síntesis de proteínas, mejorar la ganancia de peso yel estado nutricio de individuos.

disomas

polisomas

Mayor síntesis de proteínas

La importancia de la genómica nutricional en el balance entre la salud y la enfermedad

¿Para que es importante la nutrigenómica?

• Conocer los mecanismos de acción de los nutrimentos a nivel molecular.

• Desarrollar intervenciones dietarias basadas en evidencias científicas para restablecer la salud.

•Prevención de enfermedades relacionadas con la alimentación.

•Desarrollo de portafolios dietarios específicos para enfermedades específicas.

•Para incrementar la efectividad de una terapia para una enfermedad existente.

•Para el desarrollo de nuevos productos alimenticios

UTILIZACION DE LA NUTRIGENOMICA

Uso de alimentos funcionales o alimentos con contenido alto en ciertos componentes para normalizar parámetros bioquímicos asociados con el desarrollo de enfermedades crónico degenerativas

Una dieta estricta puede reemplazar los medicamentos?

Dietas altas en fibra

Dietas bajas en CHO

PORTAFOLIOS DIETARIOS

Efectos benéficos de un portafolio dietario

Disminución de la glucosa Disminución de la presión arterial Disminución de colesterol Disminución de otros parámetros??

Disminución de la respuesta inflamatoria Disminución de la resistencia a la insulina

Aumento del colesterol HDL Sin efectos colaterales Se pueden incluir en la dieta local Bajo costo Se pueden desarrollar para grupos específicos

Que alimentos utilizar? Considerar la evidencia científica Considerar las recomendaciones de los nutrimentos. Considerar la composición de un alimento

Que otro factor se debe de tomar en cuenta para la mejor respuesta a un tratamiento dietario ??

La respuesta a un nutrimento dependerá de las variaciones genéticas de cada individuo

El 99% de genoma humano es idéntico, el 1% presenta variantes genéticas

Los individuos van a absorber, metabolizar o utilizar los nutrimentos o alimentos de diferente manera

hipo-respondedores

Normo-respondedores

Hiper-respondedores

Antes del tratamiento dietario

Después del tratamiento dietario

NO TODOS LOSINDIVIDUOSRESPONDEN DE LA MISMAMANERA

Portafolios dietarios para padecimientos específicos y grupos especiales

Portafolios dietarios para enfermedades específicas

dislipidemias

DISLIPIDEMIAS

PORTAFOLIO DIETARIO PARA DISLIPIDEMIAS: Fibra soluble y proteína de soya

Torres, N, Tovar AR. Am J Physiol Endocrinol Metab 283:2002, J Nutr 132, 2002, J Nutr 134, 2004, J Lipid Res, 1823, 2005; J Nutr Biochem, 365, 2006; Future Lipidol, 331, 2006; J Biol Chem, 282, 2007; Nutr Rev, S1, 2007; J Nutr, 138, 462, 2008; J Nutr, 139:2237, 2009; Biochim Biophys Acta, 1801: 367, 2010; J Nutr Biochem 2011, Br J Nutr, 107, 36, 2012. Diabetología 55: 2469, 2012

Evidencia científica

Meta-análisis de los efectos del consumo de proteína de soya sobre las concentraciones de lípidos en suero

AndersonN Engl J Med1995 333: 276-82

JenkinsJAMA 2003;290: 502-510

ZhanAm J Clin Nutr 200581:397-408

AndersonJ Am Coll Nutr 201130:79-91

Colesterol total 9.3 22 3.8

Colesterol LDL(colesterol malo)

12.9 28.6 5.3 5.5

trigliceridos 10.5 7.7 7.3 10.7

Colesterol HDL(colesterol bueno)

2.4 6.7 3.0 3.2

Una reducción en colesterol LDL de 5-6% tiene el potencial de reducir el riesgode enfermedad cardiovascular de 7% a 12%.

La combinación de 2 o mas alimentos puede aumentar el beneficio de un alimento solo??

Fibra soluble Proteína de soya

Efecto de un portafolio dietario a base de proteína de soya y fibra soluble sobre las concentraciones de colesterol total, Col-LDL, Col-HDL y trigliceridos en sujetos con dislipidemia

Torres N, Tovar AR, Nutrition Research, 2009,vol 29: 728-735

hipo-respondedores

Normo-respondedores

Hiper-respondedores

DISLIPIDEMIAS: Proteína de soya y fibra soluble. Reducción en las concentraciones de colesterol total, trigliceridos y Col-LDL después del consumo de un portafolio dietario a base de proteína de soya y fibra soluble

Torres N, Guevara M, Tovar AR, Reduction of serum lipids by soy protein and soluble fiber is not associatedWith the ABCG5/G8, apolipoprotein E, and lipoprotein A1 polymorphisms in a group of hyperlipidemic Mexican subjectsNutrition Research, 29 (2009) 728-735

Portafolios dietarios específicos para poblaciones específicas. Que variantes genéticas estudiar?

Variante ABCA1(R230C) exclusiva de las poblaciones nativas americanas

Canizales S, 2010. Hum Mol Genet

ABCA-1(ATP-binding cassette (ABC) transporter)Función: Regula el eflujo del colesterol de las células periféricas hacia el hígado

La presencia de una variante en la posición R230C del gen ABCA-1 esta asociada con bajas conc de Col-HDL, obesidad y DM. Frecuencia 12-20% en Mexicanos mestizos

Respuesta a un portafolio dietario específico para dislipidemias (soya y fibra soluble) en base a su genotipo

36

38

40

42

44

R230RR230C

BASAL 1 MONTHLSFD

2 MONTHLSFD + SSF

3 MONTHLSFD + SSF

P= 0.057

36

38

40

42

44

46

48

50

52

WOMEN

R230RR230C

BASAL 1 MONTHLSFD

2nd MONTHLSFD + SSF

3rd MONTHLSF + SSF

P= 0.022

La presencia de la variante R230C del gen ABCA1en Mexicanos mestizos esta asociada con bajas conc de Col-HDL, obesidad y DM

Guevara M, Canizales S, Tovar A, Torres N. Molecular Genetics and Metabolism 101( 2010)268-272

Mejores respondedoresa tratamientos dietarios

Individuos portadores del alelo G del GFOD2 presentan concentraciones mas altas de colesterol total y LDL-C y son mejores respondedores al portafolio dietario (fibra soluble y proteína de soya)

La presencia del SNP GFOD2 se ha asociado con el metabolismo de lípidosEl 28% de la población mexicana es portadora del alelo G

Guevara-Cruz, Lai, Richardson, Parnell, Lee, Tovarb, Jose M Ordovásb, Nimbe Torresa

Effect of a GFOD2 variant on responses in total and LDL cholesterol in Mexican subjects with hypercholesterolemia after soy protein and soluble fiber supplementation. GENE 2013

Personas beneficiadas con un portafolio dietario específico para una población

62,565,052 adultos mayores de 20 años

31,282,526 adultos mayores de 20 años tienen HDL bajo < 38 mg/dl

12% de la población mexicana mayor de 20 años presenta elSNP ABCA-1 R230C

3,753,903 millones adultos mayores de 20 años que tienen HDL bajo y el ABCA1 R230Cse podrían ver beneficiados con el portafolio dietario

PERSONASMAYORMENTEBENEFICIADAS

12, 325,315 adultos mayores de 20 años tienen TG > 150 mg/dl se verían beneficiados por el PD sin importar la presencia de variantes genéticas relacionadas con el metabolismo de lípidos

Portafolios dietarios para enfermedades específicas

Síndrome metabólico

Desarrollo y progresión del síndrome metabólico

OBESIDADIMC>25

GLUCOSA > 100 mg/dl

HDL-COL BAJO<40 mg/dl hombres<50 mg/dl mujeres

SINDROME METABOLICO

DIABETES TIPO 2

GENOTIPO SENSIBLE

DIETA ALTA ENHIDRATOS DE CARBONO YGRASA

INACTIVIDAD

HIPERTENSION130/85 mg/dl

Enfermedad Cardio Vascular

TRIGLICERIDOS > 150 mg/dl

Portafolio dietario para síndrome metabólico

AVENA–Fibra soluble

–Disminución de –trigiceridos

PROTEINA DE SOYA–Proteína vegetal de buena calidad

–Act antihiperinsulinémica–Act antihiperlipemiante

SEMILLA DE CHIA–Ácidos grasos omega 3–Capacidad de oxidar

Ácidos grasos–Act anti-inflmatoria

NOPAL DESHIDRATADO–Fibra soluble

–Fibra insoluble–Act antioxidante

–Act antihiperglucemiante–Act antihiperinsulinémica

Polvo para licuado Natural Fácil de usar Sin efectos secundarios Diferentes sabores

NOPAL: Indice glucémico (36.5) e

insulinémico bajo (36)

Disminuye las concentraciones de

incretinas peptido insulino trópico (GIP)

Es capaz de atrapar diferentes especies reactivas de oxigeno(anion superoxido, peroxido de

hidrogeno,radical hidroxilo, anión peroxinitrito)

Actividad antioxidante in vivo Disminuye la esteatosis hepática

Sofía Morán, Armando R. Tovar, Nimbe Torres. Opuntia ficus indica (nopal) attenuates hepatic steatosis and oxidative stress in the obese Zucker (fa/fa) rats. J Nutr 142: 1956-963, 2012,

SEMILLA DE CHIA. Fuente de ácidos grasos omega 3 (ac linolenico)

PPARα as a key nutritional and environmental sensor for metabolic adaptationAlejandra Contreras, Nimbe Torres, Armando Tovar. Adv Nutr 4: 439-452, 2013

Resultados del portafolio dietario sobre Resultados del portafolio dietario sobre parámetros antropométricos y bioquímicos parámetros antropométricos y bioquímicos

en el Sindrome Metabólico en el Sindrome Metabólico

Resultados del portafolio dietario(soya, nopal, avena, chía) en parámetros del síndrome metabólico

CURVA DE TOLERANCIA A LA GLUCOSA

0

100

200

300

400

500

600

700

0 15 30 45 60 90 120

TIEMPO

INSU

LINA

MUI

/ML

CURVA DE TOLERANCIA A LA GLUCOSA

0

100

200

300

400

500

600

0 15 30 45 60 90 120

TIEMPO

INSU

LIN

A M

UI/M

L

• Disminuye la resistencia a la insulina

Concentraciones de insulina antes del inicio y después del tratamiento con el portafolio dietario (SNAC)

A Dietary Pattern Including Nopal, Chia Seed, Soy Protein, and Oat Reduces Serum Triglycerides and Glucose Intolerance in Patients with Metabolic Syndrome. Guevara M, Tovar AR, Torres N, J Nutr 142:64-69, 2012

PORTAFOLIO DIETARIO PARA SINDROME METABOLICO: proteína de soya, nopal, avena, semilla de chía

Disminuye la resistencia a la insulina

(37%)

Disminuye 21.8% la intolerancia a la

glucosa

Disminuye las concentraciones de

triglicéridos (15%) y proteína C reactiva

(33%)

Disminuye el peso corporal y

aumenta la citocina anti-inflamatoria

si se toma en cuenta la carga genética

A Dietary Pattern Including Nopal, Chia Seed, Soy Protein, and Oat Reduces Serum Triglycerides and Glucose Intolerance in Patients with Metabolic Syndrome. Guevara M, Tovar AR, Torres N, J Nutr 142:64-69, 2012

PD21.8%

Efectividad de una dieta individualizada para una enfermedad y población específica

Dieta reducida en energía (-500 kcal)Dieta baja en GS y COL(ATP III)

Portafolio dietario para SMSoya, nopal, avena, semilla de chía

Presencia del polimorfismo ABCA1R230C

Primera intervención

Segunda intervención

Presencia de una variante genética

Mercado potencial del portafolio dietario para síndrome metabólico

> 20 años:61,504,263 personas

Total de la población:103,263,388 personas

12% de la población >20 años

presenta el gen ABCA1 R230C:2,716,000 – 3,675,000

personas

36.8- 49.8%SINDROME METABOLICO:

22,633,568 – 30,629,122 personas

MERCADOPOTENCIALPARA EL DESARROLLO DE UN PRODUCTO

PERSONASMAYORMENTEBENEFICIADAS

PORTAFOLIO DIETARIO PARA OBESIDAD Y MICROBIOTA: Proteína de soya, nopal, chía, avena, inulina como prebiótico

Intervención integral para el control de la obesidad y síndrome metabólico

Portafolios dietarios para enfermedades específicas

DIABETES

Diabetes: 10 millones (diariamente mil personas son diagnosticadas)

PORTAFOLIO DIETARIO PARA DIABETES: nopal y proteína de soya

Indice glucémico (36.5) e insulinémico

bajo (36)

Disminuye las concentraciones de

incretinas peptido insulino trópico (GIP)

Es capaz de atrapar diferentes especies reactivas de oxigeno(anion superoxido, peroxido de

hidrogeno,radical hidroxilo, anión peroxinitrito)

Actividad antioxidante in vivo

PORTAFOLIO DEITARIO PARA DIABETES. Combinación proteína de soya + nopal

Desayuno alto en hidratos de Carbono

Desayuno alto en proteína (proteína de soya)

160 mg/dL riesgo microvascular

diabetes

160 mg/dl (riesgo microvascular)

135 mg/dl (riesgo arterial)

Patricia López, Edgar Pichardo, Armando Tovar, Nimbe Torres. Effect of Nopal on postprandial glucose, incretins and antioxidant activity in patients with type 2 diabetes. JADA 2013

Traduciendo la innovación en nutrición a la práctica

CONSUMIDOR

DESARROLLO DE NUEVOS PRODUCTOS

SOLUCIONES NUTRICIONALESPARA LA SALUD Y EL BIENESTAR

Para enfermedadeso grupos específicos

PRIORIDADES PARA LA INVESTIGACION EN NUTRICIONPARA PROPORCIONAR SOLUCIONES NUTRICIONALES

INFORMACION AL CONSUMIDOR

• PATENTES• COMERCIALIZACION

Con la ayuda de la Nutrigenómica y la Con la ayuda de la Nutrigenómica y la Nutrigenética se podrán:Nutrigenética se podrán:

Generar recomendaciones específicas sobre la composición de la dieta para el óptimo beneficio de cada individuo o “nutrición personalizada”

Agradecimientos Dr Armando R. Tovar Palacio M en C Claudia Marquez Dra Martha Guevara L en N Patricia López R M en C Azalia Avila QA Issac Viveros Dr José Pedraza Len N Lidia Gil Len N Isabel Medina Len N Natalia Vázquez Len N Edgar Pichardo Grupo Produce 2008, 2009, 2010 Instituto de Ciencia y Tecnología del D.F ( financiamiento, asesoria patente) ITESM (semilla de chía) Quaker (avena) Solae de EU (aislado de proteína de soya) Elaine Krull PhD Nutriva, Ags, Milpa Alta (nopal) American Soybean Association Medix

Preguntas o dudas?nimbester@gmail.com