Люлка на здравето - LMU Мюнхен
Търсене на следи в кръвта: Така нареченият метаболом дава вид доклад за състоянието на метаболизма. Педиатърът Бертолд Колецко се опитва да прочете от данните доколко диетата на бебето влияе върху по-нататъшния му живот.
Проучванията на Бертолд Колецко показват, че децата по време на кърмене са по-малко склонни да имат проблеми с теглото по-късно. Снимка: Йорг Ланге/Алианс на снимките
Не само кръвта тече през вените ни, но и коктейл от над 1000 различни химикали. Не се притеснявайте, те принадлежат там, поне повечето от тях. Това са молекулярните следи, които животът носи със себе си. Именно първоначалните, междинните или крайните продукти на човешкия метаболизъм, така наречените метаболити, циркулират в тялото. Всяко парче шоколад, всеки колбас хляб, всяко рибено руло и всяка боровинка оставят някакъв химически отпечатък. Освободени в храносмилателния тракт, хранителните вещества мигрират в кръвния поток и се разпространяват от върха на косата до върха на пръста на крака и се абсорбират от клетките. Ензимите предприемат няколко стъпки за превръщане или разграждане на повечето хранителни вещества в нови съединения за енергия. Например късоверижните мастни киселини от растителни масла се превръщат в дълговерижни, които клетките в крайна сметка могат да вградят в своите мембрани.
Всяка клетка не само преобразува хранителните вещества, които влизат, но и усърдно се произвежда: химически носители на енергия, хормони и други сигнални молекули, например. И тогава има трети източник на метаболитни продукти, който допреди няколко години беше пренебрегван до голяма степен: бактерии, които се установяват в червата на човека. Тази чревна флора не само помага на храносмилането, но и контролира безброй процеси в тялото. Микроорганизмите тренират имунната система и ни предпазват от автоимунни заболявания и алергии. Но те също произвеждат пратеници, като серотонин, които действат върху централната нервна система и сърдечно-съдовата система. И те допълват метаболитната активност на човешките ензими. Холинът от месо например се превръща в вещество, наречено ТМАО, в няколко стъпки на реакция с помощта на чревни бактерии, което намалява еластичността на кръвоносните съдове и може да доведе до сърдечни заболявания.
Тези 1000 вещества в кръвта - и вероятно много повече - водят до физиологичен образ на човешкото същество, вид биохимичен доклад за състоянието му, неговите метаболитни дейности - и за здравето му. Въз основа на „генома“, който описва цялостта на всички гени, изследователите са измислили термина „метаболом“, който обхваща всички метаболитни процеси, включително всички междинни продукти. За Бертолд Колецко, който ръководи отделението по метаболизъм и хранене в детската болница „Хаунер“ на LMU-Klinikum, тези следи в кръвта дават важна информация за развитието на болестите.
Химическият „пръстов отпечатък“ на заболяването
Тъй като всяко заболяване променя типичния метаболитен модел на човек. Той отпечатва свой собствен химически отпечатък върху метаболома. Един пример е силно вариращото ниво на кръвната захар при диабетици. Днес се диагностицират и други заболявания въз основа на характерните им признаци в кръвната картина. Това включва и 14-те вродени метаболитни и хормонални нарушения, за които всяко новородено дете в Германия е рутинно тествано от 2005 г. насам. Тази скринингова програма открива няколкостотин новородени с тези състояния всяка година, които след това могат да бъдат лекувани по подходящ начин, преди да се появят първите симптоми.
И все по-голям брой изследователи следват тези следи в кръвта и ги използват, за да изследват как възникват болестите на първо място. Например детският професор Колецко, заедно с колегите си Франка Кирхберг, Кристиан Хелмут и Олаф Ул, се опитва да обясни как видът на храненето в ранна детска възраст влияе върху по-късната конституция. Може ли да насърчи развитието на метаболитни нарушения? Koletzko е забелязал, че темпът на растеж през първите две години от живота предполага с известна сигурност по-късния риск от наднормено тегло и свързани заболявания като диабет. „Сега знаем, че растежът зависи много от храненето“, казва лекарят. Тези, които са кърмени като бебета, също имат по-ниски нива на холестерол и по-малко съдови отлагания средно по-късно в живота и по този начин са по-добре защитени от сърдечни и кръвоносни заболявания.
Разбира се, предразположението също играе съществена роля за растежа и здравето, но предлагането на храна изглежда е фактор на околната среда с голямо влияние. „Видяхме в голямо проучване, че кърмените деца и тези, които се хранят с храна от бутилка, растат по много различен начин“. Колецко подозира, че това може да се дължи на различното съдържание на протеини. Но може би само отделните протеинови компоненти оказват влияние върху растежа още в училищна възраст. Едва наскоро екипът на Колецко публикува рандомизирано проучване, показващо силното влияние на храненето в ранна детска възраст върху дългосрочното здраве. След раждането на децата се дава конвенционална адаптирано мляко за кърмачета с високо съдържание на протеин или адаптирано мляко с бутилка с по-ниско съдържание на протеин, което е по-близо до състава на кърмата. След диета с високо съдържание на протеини, индексът на телесна маса (ИТМ) е значително по-висок в началната училищна възраст и рискът от затлъстяване, коригиран за други влияещи фактори, е почти три пъти по-висок, отколкото след бебешка храна с ниско съдържание на протеини.
Взаимодействието на различни влияещи фактори
За да установи кои вещества имат най-голямо влияние в детската храна, работната група изучава метаболитните модели в детската кръв и проследява кои промени те причиняват в тялото. „Метаболитно програмиране“ е това, което изследователите наричат процес, чрез който биологичният ход е зададен за бъдещо развитие и живот като цяло. Защото това не се определя само от гените, които всяко човешко същество наследява от баща си и майка си, както би се вярвало преди 15 години, когато първият човешки геном току-що беше дешифриран. „По това време все още се смяташе, че гените формират предимно физическите характеристики“, казва Колецко. Днес е ясно, че те го правят само във взаимодействие с фактори на околната среда като диетата. „Ако например диагностицираме муковисцидоза при дете, изобщо не можем да предскажем хода на заболяването само с генетичен тест. Едва започваме да разбираме как работят тези взаимодействия с други влияещи фактори. "
Но какви са тези фактори? Поне при пчелите на този въпрос вече може да се отговори ясно: Храната, която хранят ларвите, решава дали ще се превърне в работник или в кралица. Ако получите особено богатия на протеини фуражен сок за 13 дни, който се продава в много магазини за здравословни храни под името Пчелно млечице, ще станете кралици. Ако те получат този секрет от хранителните пчели пчели само за три дни и след това мед и цветен прашец, те стават работници. Дълго време се смяташе, че някои вещества в пчелното млечице са причината за промяната в царицата. Всъщност ранното хранене с прашец и мед гарантира, че гените в генетичния материал на ларвите се инактивират чрез епигенетично ДНК метилиране по такъв начин, че да се развиват работници, а не майки. С други думи: във всяка пчела има царица. Той обаче се появява само когато се дава специална ранна диета.
По този начин веществата във фуражите задействат биохимични сигнални пътища, които гарантират, че гените се включват или изключват в дългосрочен план. Този епигенетичен феномен се наблюдава и при хората. „В едно наблюдателно проучване диетата в началото на бременността е свързана с епигенетични модели, които предсказват съдържанието на мазнини в тялото на деца в училищна възраст“, казва Колецко. Лекарят подозира, че метаболитните състояния в майчиния организъм, предизвикани от храненето, са причината епигенетичните сигнатури да бъдат пренаписани върху части от генома на детето. Все пак може да се окаже, че тази хипотеза не е жизнеспособна.
Знания за превантивна промоция на здравето
Какви молекулярни механизми причиняват епигенетични промени и какви ефекти имат различните диети е важен изследователски въпрос, по който Колецко и неговата работна група работят в тясно сътрудничество с Ева Латка и Соня Цайлингер от Центъра за околна среда и здраве на Хелмхолц в Нойберберг. „Знанието за това би могло значително да подобри превантивната промоция на здравето.“ Не на последно място в голям проект, финансиран от Европейския изследователски съвет (ERC) с около 2,5 милиона евро, декларираната цел на Колецко е да се обърне внимание на ключови въпроси, свързани с регулирането на детския растеж изясняват и допринасят за по-добри диетични препоръки.
Днес изследователите на метаболизма знаят, че теглото на майката оказва влияние и върху по-късното тегло на нейните деца. Това наблюдение може да бъде ясно обосновано, дори ако тепърва започва да се разбира по кой молекулярен път нарушеният метаболизъм на майката е отпечатан в биологичната памет на нейните деца. Би било от голяма полза обаче да се знаят веществата, които могат да предпазят от болести. Подобно на фактора в кърмата, който изглежда предпазва от затлъстяване и други заболявания. Колецко вече има конкретно подозрение и планира проучвания, които биха могли да обосноват подозренията му.
Koletzko също така изследва ефектите на хранителни и метаболитни фактори след перинаталния период. Един от въпросите е дали консумацията на риби с високо съдържание на мазнини с високо съдържание на дълговерижни омега-3 мастни киселини влияе върху мозъчните функции на децата. В рандомизирано проучване семействата с малки деца са получавали готови ястия със или без морски риби. В началото и в края на проучването децата участват в стандартизирана тестова програма, с която обикновено се забавляват много и която има за цел да регистрира възможни ефекти. Тук работната група успя да измери метаболитните ефекти на диетата от тампони на лигавицата на бузите, които бяха напълно безвредни за децата.
Специално предизвикателство за Колецко и неговите служители е оценката на много обширните набори от данни, които се получават със съвременните, силно чувствителни методи за анализ. Около 250 различни метаболитни вещества могат да бъдат количествено определени от всяка кръвна проба от дете, участващо в проучване. Събраните генетични и епигенетични данни са още по-обширни. „Една от трудностите е, че не седнете с произволни разлики между кръвните проби, а по-скоро идентифицирате тези, които наистина имат биологично значение“, казва лекарят. Оценката на това отнема много време, поради което качеството на анализа на данните е особено важно.
Ако се опитате да нарисувате човешкия метаболизъм като електрическа схема, възниква объркваща мрежа от химични реакции, които понякога са свързани помежду си чрез междинни стъпки. Все още не е възможно да се записват всички процеси едновременно. Следователно изследователите се концентрират върху сравнително малки участъци от биохимичната мрежа, но никога не трябва да изпускат от поглед цялостната картина на метаболизма. Това е единственият начин да научат как дори след 70 години тялото на човек си спомня какво се е случило през първите няколко седмици от живота му.
Хано Харисиус (изследователско списание Insights 1/2014)
Професор доктор. Бертолд Колецко е професор по педиатрия, ръководи катедрата по метаболитна и хранителна медицина в Dr. детска болница на фон Хаунерше на клиниката LMU и е член на LMU Центъра за напреднали изследвания. Колецко, роден през 1954 г., е изучавал хуманна медицина в университета в Мюнстер. Обучението му по детска и юношеска медицина го отвежда, наред с други, в клиники в Южна Африка, Танзания и Канада. Завършва хабилитацията си в университета в Дюселдорф. През 2012 г. Европейският съвет за научни изследвания му присъди грант за напреднали изследователи.