Храненето, околната среда и здравето на човека
Джим Капут
Институт по здравни науки Nestlé, Лозана, Швейцария
Мартин Кусман
Институт по здравни науки Nestlé, Лозана, Швейцария
Марияна Радонич
EdgeLeap B.V., Утрехт, Холандия
Фабио Вирджили
CRA-NUT, Изследователски център за храни и хранене, Рим, Италия
Джудита Пероци
CRA-NUT, Изследователски център за храни и хранене, Рим, Италия
Подобряването на здравето на хората, които консумират твърде много или твърде малко калории или неадекватни нива на микро- и макронутриенти, остава основно предизвикателство за днешния свят. Предоставянето на пресни и здравословни произведени храни по устойчив начин за бъдещите поколения се очаква да стане по-трудно, тъй като населението на земята се разширява и застарява, хроничните заболявания нарастват поради затлъстяването, а местната и глобалната среда се променят с ускоряващи се темпове. Изследванията на храненето трябва да играят основна роля в предоставянето на основани на факти препоръки на политиците, земеделската общност и широката общественост, за да отговорят на предизвикателствата, очаквани през следващите десетилетия.
Изследователската общност за хранене е допринесла значително за виртуалното премахване на недостига на единични хранителни вещества, който причинява например авитаминоза, рахит, пелагра и скорбут. Успехът на тези интервенции допринесе за убеждението, че единични или няколко микроелемента могат да облекчат или премахнат растежа и когнитивните увреждания или да предотвратят развитието на други хронични състояния като затлъстяване и диабет. В допълнение, много хранителни проучвания имат твърде малко участници, измерват и анализират ограничен набор от молекулни показания и фенотипни крайни точки, липсва генетичен анализ и са географски специфични с недостатъчен анализ на факторите на околната среда, които могат да повлияят на физиологията. Обикновено проучванията се провеждат независимо от други интервенции с различен дизайн или крайни точки, възпрепятстващи генерирането на знания за подобряване или поддържане на здравето в различни генетични или културни популации и за потребители и пациенти като индивиди. Станете свидетели на епидемията при диабет, затлъстяване и други заболявания, свързани с начина на живот, докато почти 1 милиард души нямат качествено хранене за постигане на пълното си физическо и когнитивно развитие.
Тематичната колекция на System Nutrition откроява рецензии, примери за изследвания на системното хранене и разширяване на системния анализ от измервания в тялото до цялата хранителна верига от почвата до вилицата (http://tinyurl.com/onosror).
Изследванията на системното хранене по своята същност признават, че околната среда влияе върху биологичната система. Измерването на променливите на околната среда обикновено се ограничава до диета и понякога се подбират други променливи в начина на живот, като активност. Хранителното качество се влияе силно от почвите и климата, където се отглежда храната и как и къде се транспортира и съхранява. Достъпността на храната и цената също влияят различно върху приема на хранителни вещества в социално-икономическия спектър. Освен това системата за производство на храни вече е глобална и всеки от тези фактори поотделно и интерактивно влияе върху нашата местна хранителна среда. Нарастващото осъзнаване, че изменението на климата и нарастването на населението вече оспорва способността ни да произвеждаме достатъчно питателни храни сега и през следващите десетилетия разкри необходимостта от свързване на основните изследвания в областта на храненето с мрежата на системата за доставка на храни (Kaput et al. 2015).
Концептуалната и методологична рамка на системното хранене е прегледана във връзка с изискванията за микроелементи за различни генетични среди (Monteiro et al. 2015). Ограничената преносимост на данните на популационно ниво на индивиди подчертава значението на експерименталните проекти, фокусиращи се върху n-of-1 като допълнение към типичните експериментални проекти за случай/контрол. Различните отговори на микро- и макро-хранителни вещества са резултат от взаимодействията на отделните генетични гримове, повлияни по различен начин от околната среда - индивидите могат и обикновено реагират различно на една и съща хранителна намеса.
Системното мислене и подходи трябва да се прилагат към континуума от здраве към болест. Zhao et al. описват приложенията на интеграцията на omics за изследване на диабет тип 2 (Zhao et al. 2015). Химикалите в диетата променят транскриптомен, протеомичен, метаболомен, епигенетичен и микробен профил, както е показано в проучвания при хора и животни. Основното предизвикателство на системните подходи е интегрирането на данните, за да се получат ефективни резултати както за здрави, така и за болни индивиди.
Биологичните процеси са динамични и следователно основните мрежи се променят в зависимост от входа в системата. Derous et al. използва мрежово моделиране като мощна платформа за интегриране и извличане на данни и знания, за да характеризира изчерпателно адаптацията на мастната тъкан от бяла маска към диета с високо съдържание на мазнини, обхващаща глобални аспекти до механистични детайли (Derous et al. 2015). Изграден и функционално анализиран е трислоен модел на мрежа за взаимодействие, включващ обогатени биологични процеси, свързан с транскрипционни регулатори в мрежата и мрежата е свързана с промени във физиологичните параметри. Получената база от знания предостави нови механистични прозрения в контрола на апетита, патологията, предизвикана от високо съдържание на мазнини, и улики за интервенционна стратегия за ефективно справяне с излишните хранителни мазнини.
Въпреки че концепцията за системния мрежов анализ все още се появява, съществуващите масиви от данни в публичното достояние могат да бъдат използвани, за да генерират нови прозрения и резултати. Kutmon et al. използва публично достъпен набор от данни за промени в транскрипта и изобилието на микроРНК в раковите клетки на простатата, третирани с 1,25-дихидроксивитамин D3 (Kutmon et al. 2015). Мрежовите инструменти на PathVisio и Cytoscape идентифицират клетъчния цикъл и специфичните за рака пътища, променени от този витамин.
Тази актуална колекция за системното хранене е непрекъсната публикация - ние ще добавяме поискани и нежелани материали за електронно публикуване през следващите 2 години. Нашата цел е да стимулираме изследванията в системното хранене и тяхната преводимост за подобряване на личното и общественото здраве.
Конференцията „Човешко хранене, околна среда и здраве“ е поредната стъпка в развитието на глобална общност за изследване на системното хранене. Симпозиумът Keystone, BMGF и американският NIH допринесоха за финансови ресурси, за да включат изследователи от LMIC, които да говорят или да участват в конференцията. Семинар преди конференцията предостави допълнителна информация за концепциите, терминологията и стратегиите на мрежовата биология на участниците от тези страни. Тези усилия за включване на изследователи от цял свят в тази нова наука се основават на предишни системни конференции и семинари по хранене (напр. Kaput et al. 2014), подкрепени от Института по здравни науки на Nestle (nestleinstitutehealthsciences.com), NuGO (NUGO.org), COSBI (COSBI.eu), Университет Вагенинген чрез своята аспирантура VLAG (vlaggraduateschool.nl), DSM (DSM.com) и BMGF (gatesfoundation.org).
През последното десетилетие се появиха системно мислене и високопроизводителни методи на омика, които сега са на етап за действие. Курирани бази данни се разработват в областта на храненето (van Ommen et al. 2010) и изчислителните методи узряват, за да се приближат до многостепенно интегриране и анализ на данни от няколко източника, включително динамика. Поставят се нови стандарти за улавяне и споделяне на данни: генерираните данни и отношения трябва да бъдат документирани като проследими, прозрачни, анотирани и достъпни ресурси, в идеалния случай във формат, четим от компютър, готов за ефективно добиване и кръстосана проверка от по-широката научна общност. Ползите за здравето от засиленото разбиране на ефектите както на хранителните лишения, така и на добавките, на системно ниво, ще допринесат за подобрени резултати като предотвратяване на закъснение, подобрен растеж и физическо развитие, намалена податливост към инфекциозни заболявания, подобрен капацитет за възстановяване от инфекции и подобрено когнитивно развитие.