1H NMR диетични „пръстови отпечатъци“ могат да помогнат в борбата с хроничните заболявания
Какви са здравословните проблеми, които изследвате?
Едно от най-големите предизвикателства пред света днес е увеличаването на неинфекциозните болести. Тази поредица от заболявания е свързана с начина, по който избираме да живеем живота си и един от най-важните фактори е това, което избираме да ядем. Лошото хранене се оказва основен проблем при повечето от тези заболявания, като затлъстяване, рак, сърдечно-съдови заболявания и диабет тип 2.
Смята се, че до 2045 г. ще има 629 милиона възрастни с диабет. По-голямата част от диабета е диабет тип 2. Това е проблем в начина на живот; тя се увеличава, когато затлъстяването се увеличи в основната популация. И от голямо безпокойство е нарастването на диабета в страните с ниски и средни доходи. В света има огромен проблем по отношение на начина, по който избираме да живеем живота си и начина, по който избираме храните, които ядем.
Тези заболявания не показват признаци на забавяне. Нито една страна в света не е успяла да обърне нарастването на затлъстяването. От няколко години се наблюдава огромен ръст на заболяванията, свързани с начина на живот. Така че това не е генетичен проблем; това е екологичен проблем. Това се дължи на огромната промяна в начина ни на живот и увеличаването на високоенергийните храни, които избираме да ядем. Днес 30% от населението на света е с наднормено тегло и затлъстяване и се очаква този брой да се увеличи.
Кредит за изображение: Shutterstock/Наталия Лисовская
Какви са пречките пред решаването на тези проблеми?
Човешката раса е направила много велики открития, но единственото нещо, което не сме разбили, е да разберем какво ядат хората в домашната им среда. В момента е пълна загадка за това какво хората избират да ядат ежедневно в домашната си среда. Това е фундаментално важно, защото, освен ако не успеем да разберем това, е много трудно да се свърже честотата на заболяванията с диетата. Също така е много трудно да се разбере успехът на дадена политика, защото не знаете какво ядат хората ежедневно.
Едно от големите предизвикателства на храненето е да се реши този проблем. Искаме да отговорим на въпроса: „Какво всъщност ядем? Нашите текущи инструменти, които използваме, за да се опитаме да отговорим на тях, са архаични. Това са инструменти, които съществуват вече повече от век. Хората записват какво трябва да ядат и това след това се обработва с помощта на софтуер. Проблемът с това е, че по пътя има някои грешки. Едно от най-важните е какво хората избират, за да ви уведомят, че се хранят. Има някъде между 33% и 80% процент на грешки в отчитането на храните в някои от големите масиви от данни, които имаме, които правителствата използват, за да вземат решения относно политиката в областта на общественото здраве.
Това, което правехме през последните шест или седем години, е да видим дали можем да използваме 1H NMR метаболит, профилиращ в урината, за да ни даде някаква представа за диетата.
Как разработихте тази 1 H-NMR метаболитна профилираща техника?
Започнахме с клинично изпитване, при което поставяхме хората под наблюдение, за да сме сигурни, че спазват на 100% нашата диета. Помолихме 19 здрави участници да следват в произволен ред четири различни диети с различни нива на спазване на диетичните насоки на СЗО. В обобщение, имахме диета с 25% спазване на указанията на СЗО и една със 100% съответствие, плюс две междинни продукти, съответно с 50% и 75%.
Всички участници спазваха всички диети, но по време на продължителността на всяка диета участниците нямаха право да напускат клиничната единица и всички храни и напитки, които им предоставяхме, бяха наблюдавани. Всички участници получиха едни и същи три основни хранения и две закуски всеки ден. Въпреки че, разбира се, тези хранения са различни при всяка от различните диети.
Участниците бяха помолени да вземат проби от урина в началото и в края на всяка диета. Ние анализираме пробите от урина с помощта на ядрено-магнитен резонанс и отнема пет минути, за да генерираме метаболитен профил или метаболитен пръстов отпечатък. Метаболитният профил може да открие хиляди химични съединения. Спектърът съдържа много различни върхове и някои от тях са свързани с консумацията на специфични храни. Например, ако човек консумира грозде, ще видите винена киселина в урината. Ако изядат парче червено месо, ще видите О-ацетилкарнитин.
Събрахме всички проби от урина от участниците след спазване на всяка от диетите. След това взехме всички метаболитни профили и ги поставихме в нашия модел, използвайки PCA (анализ на основните компоненти).
Кои бяха първите ви открития?
Установихме, че въпреки че моделът не знае кой кой е или кой е ял коя диета, нашите проби се оценяват въз основа на диетичната безопасност.
По принцип това, което установихме, беше, че метаболитният профил на участника постоянно се модулира по време на промяна в диетата от 25% на 100% здравословна диета и обратно. Друг важен фактор за метаболитно профилиране е, че той ни позволява бързо да проследяваме промените в хранителните навици на хората. Успяхме да наблюдаваме промени в метаболитните профили от ден 1 до ден 2 до ден 3.
Начертахме резултатите на хората с най-много и най-малко здравословни диети, като всяка проба беше представена с точка. Това показва ясно разделяне между пробите от урина, след като хората се хранят здравословно и след като хората се хранят нездравословно.
След това искахме да видим дали можем да използваме този модел, за да предскажем метаболитните профили на хората на междинна диета. Това наистина беше възможно, междинните режими се прегрупираха между двата екстремни режима.
Кредит за изображение: Shutterstock/Антонина Власова
Как утвърдихте модела извън клиничните изпитвания?
Взехме група свободно живеещи индивиди, които бяха класифицирани като здравословни ядящи от диетолог. Диетолозите изследват това, което хората казват, че ядат, и ги оценяват с помощта на оценката на диетичните подходи за спиране на хипертонията (DASH). Начертахме тези DASH резултати спрямо нашите резултати, получени от метаболитно профилиране. Установихме, че въпреки че резултатите са корелирани за много участници, има значителна част, чийто метаболитен профил показва "нездравословно" хранене, въпреки добрия DASH резултат.
Друго предимство на нашия подход е, че можем да влезем в метаболитния профил и да видим защо DASH резултатът не съвпада с нашия резултат. Например, един субект съобщава, че консумира много портокалов сок и портокали, но никога не сме виждали пролин бетаин, маркер за консумация на цитрусови плодове, в урината. Така че, това беше случай, когато някой погрешно отчита или подценява хранителните си навици.