CC BY
463
Физиология и биохимия питания
Тутельян В.А.
ЭВОЛЮЦИЯ И РЕВОЛЮЦИИ НА ПУТИ ФОРМИРОВАНИЯ СОВРЕМЕННОЙ НУТРИЦИОЛОГИИ. ИНТЕГРАТИВНАЯ И ЦИФРОВАЯ НУТРИЦИОЛОГИЯ КАК БЛИЖАЙШЕЕ БУДУЩЕЕ
ФГБУН «ФИЦ питания и биотехнологии», Москва
Еще с древних времен великие мыслители и врачи подчеркивали тесную взаимосвязь питания и здоровья человека. В своих трактатах они убедительно доказывали ведущую роль нарушений питания в формировании различных патологических состояний, равно как огромный профилактический и лечебный потенциал пищи. Ряд предложенных ими научно обоснованных рекомендаций вполне актуален и в настоящее время.
Эволюционное развитие науки о питании - нутрициологии - сопровождалось постепенным накоплением научных сведений о химическом составе пищи, роли отдельных пищевых веществ в процессах обмена и потребностях в них, обеспечивающих нормальное функционирование всех органов и систем организма. Начало ХХ в. можно считать завершением формирования нутрициологии как самостоятельной науки со своими законами и методами исследования.
Безусловно, по-настоящему революционный этап развития нутрициологии - это создание в первую очередь отечественной физиологической школы - школы академика И.П. Павлова, которая перевела на высокий научный уровень исследования в области расшифровки механизмов пищеварения, работы пищеварительных желез и высшей нервной деятельности в регуляции этих процессов. Это был период, когда физиологическая наука во главе с профессорами М.Н. Шатерниковым и О.П. Молчановой формировала все основные принципы, законы, требования в области науки о питании. На пике этой революции (1951 г.) были сформулированы и созданы первые средние нормы потребности взрослого населения в энергии, белках, жирах и углеводах.
Следующий революционный скачокв развитии нутрициологии связан с вступлением в эру биохимии, открывшей возможности расшифровки биохимических механизмов и доказательства ведущей роли ферментов в регуляции метаболизма.
Были сформулированы принципы метаболических потоков и ферментных ворот, отвечающих за биохимический конвейер превращения пищевых веществ в энергию и выполнение пластических функций. Это эра, которую возглавил академик А.А. Покровский, сформулировавший основы биохимии питания и концепцию сбалансированного питания. В этот период были созданы новые нормы физиологических потребностей в пищевых веществах и энергии: более дифференцированные, учитывающие особенности мужчин и женщин разных возрастов и с различным уровнем физической нагрузки.
Третий революционный период развития нутрициологии берет начало в конце ХХ в., когда стали доступны новые методы исследований и мы перешли на геномный и постгеномный уровни определения ключевых факторов, их роли и ответственности за регуляцию экспрессии генов, участвующих в процессе метаболизма пищевых веществ, механизмов защиты организма от неблагоприятных факторов окружающей среды, формирования адаптационного потенциала, включая иммунный статус и систему антиоксидантной защиты, системы ферментов метаболизма ксенобиотиков и, наконец, системы регуляции апоптоза, т.е. жизни клетки.
В этот период был значительно расширен спектр исследований, позволивших перейти от характеристики мак-ронутриентов к изучению роли так называемых микронутриентов, в частности минорных биологически активных соединений, и получению доказательств их функционального значения как экзогенных регуляторов метаболизма. Получены экспериментальные данные об их если не незаменимости, то по крайней мере важнейшей роли этих соединений в жизнедеятельности клетки и организма в целом.
К практическим аппликациям результатов этих исследований можно отнести методические рекомендации «Рекомендуемые уровни потребления пищевых и биологически активных веществ» (2004), аккумулирующие сведения более чем о 170 биологически активных соединениях, и «Нормы физиологических потребностей в энергии и пищевых веществах для различных групп населения Российской Федерации» (2008), которые можно охарактеризовать как мощный рывок к персонализированной нутрициологии.
Нутрициология относится к интенсивно развивающимся наукам. Уже сейчас четко вырисовывается ее интегра-тивный характер. Трудно назвать какое-либо другое научное направление, требующее для своего развития так много дисциплин, как нутрициология. Это, кроме практически всех медико-биологических наук, базовые науки, такие как химия, физика и, пожалуй, весь комплекс естественно-научных дисциплин. Нутрициология также требует участия экономического научного блока и даже использования геополитического подхода. Самых интересных открытий в нутрициологии в самом ближайшем будущем мы ждем на стыке этих столь, казалось бы, отдаленных друг от друга наук.
Ярким примером такой интеграции является все возрастающая роль микробиологических подходов в нутрициологии. В последнее время большую актуальность получило изучение роли микробиоты во всех физиологических процессах в организме человека, от процессов пищеварения и усвоения пищевых веществ до метаболизма
Материалы XVII Всероссийского конгресса с международным участием «Фундаментальные и прикладные аспекты нутрициологии и диетологии. Лечебное, профилактическое и спортивное питание» (Москва, 29-31 октября 2018 г.)
и функционирования центральной нервной системы и формирования поведенческих реакций. Конечно, безусловный приоритет в этой ветви нутрициологии следует отдать кишечной микробиоте, участвующей в формировании и поддержании иммунной системы. При этом одной из наиболее актуальных задач является обоснование состава эталонного микробиома в норме, а также поиск путей его коррекции при алиментарно-зависимых патологиях наиболее естественным путем - с пищей.
Другим примером является все усиливающая интеграция нутрициологии с инженерными науками, в частности с пищевыми технологиями, которая создает возможности для развития новых прогрессивных методов и приемов разработки продуктов с заданным химическим составом, специализированных продуктов, а также персонализации рационов.
Будущее интегративной нутрициологии - это создание цифровой нутрициологии. В настоящее время появилась возможность создания и более широкого использования математических и информационных технологий и моделей. Цифровая нутрициология обеспечит перевод на язык цифр: с одной стороны, наши физиологические потребности в энергии, пищевых и биологически активных веществах и ориентированные на них рационы питания, а с другой - химический состав пищевых продуктов и рационов в целом. Созданные на их основе компьютерные программы позволят легко, быстро и надежно осуществлять разработку максимально персонализированных рационов как для здоровьесбережения детского и взрослого населения, так и для профилактики и лечения алиментарно-зависимых заболеваний. Принципиально важным направлением развития цифровой нутрициологии является возможность программирования через оптимальное питание здоровья будущих поколений, здоровья нации.
Апрятин С.А., Трусов Н.В., Мжельская К.В., Балакина А.С., Сото Х.С., Ригер Н.А., Коденцова В.М., Вржесинская О.А., Бекетова Н.А., Кошелева О.В., Леоненко С.Н., Евстратова В.С., Шипелин В.А., Кирбаева Н.В., Шумакова А.А., Евстратова А.Д., Гмошинский И.В.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПОСТГЕНОМНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И IN VIVO МОДЕЛЕЙ В ИССЛЕДОВАНИИ АЛИМЕНТАРНО-ЗАВИСИМЫХ ЗАБОЛЕВАНИЙ
ФГБУН «ФИЦ питания и биотехнологии», Москва
Актуальность. Алиментарно-зависимые заболевания, в том числе метаболический синдром, сахарный диабет, гиперлипидемия, дефициты витаминов, микронутриентов и другие занимают одно из ведущих мест в структуре заболеваемости населения РФ. Распространенность алиментарно-зависимых заболеваний интенсивно растет во всем мире. Одна из ведущих причин роста распространенности алиментарно-зависимых заболеваний связана с нарушением питания и дисбалансом пищевого рациона, в частности с повышенным содержанием в пище насыщенных жиров и простых углеводов, недостатком витаминов и микроэлементов, а также малоподвижным образом жизни и высокой стрессовой нагрузкой.
Цель - выбор и оценка информативности наиболее чувствительных и специфичных постгеномных молекулярных маркеров, характеризующих индивидуальные особенности патологического процесса алиментарно-зависимых заболеваний (гиперлипидемия, метаболический синдром, цинковый гипоэлементоз и гиповитаминоз, связанный с недостатком витаминов группы B), на основе совместного использования различных экспериментальных in vivo моделей и постгеномных технологий.
Материал и методы. Моделирование in vivo гиперлипидемии, метаболического синдрома, цинкового гипоэле-ментоза и гиповитаминоза, связанного с недостатком витаминов группы B, проводили на крысах самках и самцах аутбредной линии Wistar, самцах и самках инбредной линии Dark Agouti, самцах мутантной линии крыс Zucker, самцах нокаутной линии крыс DAT-KO, мышах самках и самцах аутбредной линии ICR-1, инбредных линий DBA/2J, C57Black/6J и BALB/с.Животные указанных линий были получены из питомника лабораторных животных «Столбовая» ФГБНУ «Научный центр биомедицинских технологий» ФМБА России, питомника «Пущино» - филиала ИБХ РАН и вивария Института трансляционной биомедицины СПбГУ. В работе использовали полученных самостоятельно межлинейных гибридных животных: гибридов крыс Wistar и Dark Agouti 1-го поколения (F1) и тетрагибридов мышей DBCB, полученных путем скрещивания 4 различных инбредных линий мышей (DBA/2J, BALB/c, CBA/lac и C57Black/6J), поступивших из питомника «Столбовая» ФГБНУ «Научный центр биомедицинских технологий» ФМБА России. В кормлении животных контрольных групп в качестве основного использовали сбалансированный полусинтетический рацион по AIN93M. В качестве опытных рационов для различных алиментарных патологий были использованы рационы с избыточными квотами различных легкоусвояемых углеводов (фруктозы, глюкозы и сахарозы), животных/растительных жиров, холестерина, а также их сочетания.
Были проведены исследования интегральных, биохимических, иммунологических, морфологических и постгеномных показателей, включая полнотранскриптомное и протеомное профилирование ткани печени, биохимический анализ плазмы крови, определения относительного уровня экспрессии генов липидного и углеводного обмена, уровней продукции важнейших цитокинов и ростовых факторов, активности ключевых ферментов детоксикации ксенобиотиков, показателей обмена водо- и жирорастворимых витаминов, микроэлементного состава различных органов и тканей.
