Нутриомичен - комплексен анализ на взаимодействието между хранителната среда и биологичната
Nutriomic - комплексен анализ на взаимодействието между хранителната среда и биологичната индивидуалност Frank Döring Biogenesis, Technogenese Food Nutritional Environment Човешко (. Om) здраве/болест
. Технологиите на ДНК чипове на omics принадлежат към новата биология като голяма наука Манфред Айген: биологията като голяма наука Начало на биологията като голяма наука: Ренато Дулбеко 1986. сега трябва да се концентрираме върху клетъчния геном. геномика филогеномика Пълна. Последователност на геномите. Сравнение на геномите на различни видове. Сравнение на геноми в рамките на видовата транскриптомика протеомика структурна геномика. Откриване на мрна в клетки/тъкани. Откриване на протеини в клетки/тъкани. Изясняване на 3-D структурата на белтъчните домейни. Идентифициране на протеин-протеинови взаимодействия феномика оперомика. Изясняване на генните функции (функционална геномика). Комбинация от всички. омици за описание на системата 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)
От геном към функция - намаляване на сложността? Клетъчна ДНК Геном 3 х 10 9 основи 30 000-40 000 гени Метаболом 100-1000 (?) Метаболитен комплекс 100-1000 протеинови комплекси C-C-N N-C-C 5 hn-rna mrna 3 полиморфом 1 база/1000 бази транскриптом 5000-10 000 мрна протеом 5000-10 000 протеини
Принцип и приложения на технологията на ДНК чипове Приложения Анализ на транскриптом: Влияние на x върху генната експресия Полиморфен анализ: Биологична вариабилност на нивото на единични бази (единичен нуклеотиден полиморфизъм = snp) клетки/тъкан, маркирани с ДНК/РНК вериги 5 -. TACGGGTGTTAA. -3 5 -. TACCCCGCCATA. -3 Откриване на> 10 3 ДНК/РНК -3 -ATGCCCACAATT. -5 5 - . TACGGGTGTTAA. -3-3 -ATGGGGCGGTAT. -5 5 - . TACCCCGCCATA. -3 - едновременно - полуколичествено - специфично (1 база !)
Еднонуклеотидни полиморфизми, хипертония и чувствителност към сол 74 индивида Изолиране на амплификация на геномна ДНК, маркиране, фрагментиране на ДНК на 75 кандидат-гена за регулиране на кръвното налягане SNP анализ с 9 ДНК чипа и 2 500 000 генни сонди Science 280, 1077 (1998); Nature Genetics 22, 239 (1999) 190 000 бази (50% кодиране) 874 SNPs (0,5%) 387 SNPs кодиране (44%) 207 SNPs водят до замествания на аминокиселини, напр. Б. 17 SNPs в ангиотензиногеновия ген.Определяне на индивидуални предразположения към хипертония и чувствителност към сол
Хранителни изисквания и биологична индивидуалност Брой индивиди Количество хранителни вещества/ден
Зависим от полиморфизъм хранителен запас? 30 000-40 000 гена: 10 000 кода за ензими: 2 500 се нуждаят от кофактори Кофактори: Витамините са част от 30% от полиморфизмите/мутациите в гените за кофактор-зависими ензими водят до повишена стойност на Km за кофактор 50 описани полиморфизми/мутации: висок прием на витамин за частично възстановяване на ензимната активност ензимна кинетика нормален полиморфизъм [кофактор] Linus Pauling (Science 160, 265-271, 1968). дисфункцията може да се дължи на мутации, които засягат Km на ензимите Роджър Уилямс (60-те): Индивидуалността в хранителните нужди е в основата на генототрофния подход и на убеждението, че храненето се прилага с дължимата грижа за индивидуалните генетични вариации
Зависим от полиморфизъм фолат? Тетрахидрофолиева киселина метионин синтаза (B 12) метилен тетрахидрофолиева киселина метил тетрахидрофолиева киселина серин хидроксиметилтрансфераза (B 6) метилен тетрахидрофолат редуктаза (B 2, ниацин) изхвърля полиморфизъм на dtmp: 677C T (Ala Val) 5-20% валин до 20% валин ) Km стойността за FAD (B2) увеличава апопротеина без FAD нестабилен фолатен стабилизиращ ензим
сладък горчив сладко-горчив вкус 3 рецептори, свързани с G-протеин 1 + 3 = рецептор на горчив рецептор 2 + 3 = сладък рецептор
Избрани приложения за анализ на генетична вариабилност с помощта на ДНК чипове Примери за приложение/Възможности Литература Идентифициране на рискови групи Рак на гърдата (BRCA1) Nature Genetics 4,441 (1996) Индивидуализирани много видове рак (p53) NAR 9,43 (2000) Скрининг за новородени Acta Paed 88,61 (1999) генетична променливост Фарматерапия фаза I ензими (p450) Тенденции Pharm.20, 342 (1999) Хранителен режим Затлъстяване (MC4 рецептор) Am J Hum Genet. 65, 1501 (1999) Кръвно налягане (чувствителност към солта) Генетична променливост предпоставка за ефективно и рационално приложение обаче е познаването на функцията на гена. В противен случай се появяват препоръки въз основа на корелации, които обаче често имат евристична стойност.
Генериране на дефицит на цинк in vivo за идентифициране на чувствителни към цинк гени Датчик на плъхове, полусинтетична диета, 11-дневна контролна диета: 25 mg Zn/kg диета Дефицитна диета: 1,3 mg Zn/kg диета контролна група, n = 12 дефицитна група, n = 12 - контрол на цинковия дефицит: фенотип - Отстраняване на тъкани - изолиране на мрнас - маркиране на мрнас - ДНК чипове: сравнение на нивата на мрна за 10 000 гена между контролни и изкривени животни
Анализ на транскриптома: идентифициране на чувствителни към цинк гени 4x8x18x18 = 10,368 гени 6000 експресира 5600 непроменени 200 ATP цитратна лиаза
От чувствителните към цинк гени до цинковия регулон + +
От чувствителни към цинк гени до цинков регулон Цинк Тимулин функция кофактор Ос на растежен хормон Чужд метаболизъм Трансдукция на сигнала Експресия на гени (> 5%) Трафик Метаболизъм на мазнини Протеинов метаболизъм Идентифициране на функционални мрежи Чувствителни към цинк гени като биомаркери
От функционална мрежа от по-висок порядък до мрежа от in-silico протеини: 232 функционални единици Графика на реакционната мрежа, еволюционно съхранена от виртуални клетъчни тенденции на симулация на цели клетки в биотехнологиите 19, 205 (2001) Nature 414, 141 (2002)
Идентифициране на диетични гени и гени за стареене n = 3 за група 5 месеца 30 месеца 30 месеца диета за ограничаване на калориите (CR) диета за предотвратяване (DV) 100% контрол на оцелелите среден контрол през целия живот: 33 месеца диета: 45 месеца диета група (76%) Мускулни поли (а) + -РНК 6347 генни сонди/стареене на чип: 58 мрна 55 мрна KR: 51 мрна 57 мрна ДВ: 63% от гените на стареене 0 Наука 285, 1390 (1999) 40 20 60 възраст в месеци
Анализът на транскриптома с помощта на ДНК чипове позволява да се регистрира влиянието на различни фактори върху генома и генната експресия. Примери/възможности Развитие на литературата Метаморфоза d. Fruchtfliege Science 286, 2179 (1999) Клетъчни мрежи MAP Киназни пътища (дрожди) Science 287, 873 (2000) Клетъчен цикъл (дрожди) Mol Cell 2, 65 (1998) Рак Подтип B-клетъчен лимфом Nature 402, 503 (2000) ) токсични съединения алкилиращ агент PNAS 96, 1486 (2000) фармацевтична терапия CPX/муковисцидоза Mol Med 5, 753 (1999) изследване на храненето - затлъстяване лептин приложение/наддаване на тегло JBC 275, 10429 (2000) - прием на енергия стареене/ограничаване на калории Наука 285, 1390 (1999) - Хранителни вещества глюкоза/ß-клетъчни PNAS 97, 5773 (2000) Диетичен режим Дефицит на хранителни вещества/биомаркер чревна флора
ДНК чипове между гробището с данни и теоретичната хранителна наука 100 000 гена 1000 клетъчни типа (in vivo, клетъчна култура) 100 вида, раси или групи 10 етапа на развитие 100 хранителни вещества 1000 нехранителни хранителни съставки 100 хранителни комбинации 10 концентрации 10 експериментален дизайн 10 21 данни биоинформатика Нутриинформатика
Хранителна генетична индивидуалност анализ на генома ДНК чипове описание на системата за взаимодействие между геном и геном