CC BY
81
УДК: 575.167+613.292
ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ЗДОРОВОГО ПИТАНИЯ
© Р.В. Кунакова,
доктор химических наук,
академик АН РБ,
вице-президент АН РБ,
заведующая кафедрой,
Уфимский государственный университет
экономики и сервиса,
ул. Чернышевского, 145,
450078, г. Уфа, Российская Федерация
эл. почта: [email protected]
© Р.А. Зайнуллин,
доктор химических наук,
профессор кафедры,
Уфимский государственный университет
экономики и сервиса,
ул. Чернышевского, 145,
450078, г. Уфа, Российская Федерация,
эл. почта: [email protected]
© Э.К. Хуснутдинова,
доктор биологических наук, академик АН РБ,
заведующая лабораторией и отделом, Институт биохимии и генетики Уфимского научного центра РАН, проспект Октября, 71, 450054, г. Уфа, Российская Федерация, эл. почта:[email protected]
© Р.И. Хусаинова,
кандидат биологических наук, старший научный сотрудник, Институт биохимии и генетики Уфмского научного центра РАН, проспект Октября, 71, 450054, Уфа, Российская Федерация
Результаты широкомасштабных исследований состояния фактического питания и здоровья населения различных регионов России свидетельствуют об устойчивом нарушении пищевого статуса. Наиболее значимыми по степени негативного влияния на здоровье населения является дефицит микронутриентов: витаминов, микроэлементов, отдельных полиненасыщенных жирных кислот, — вызывающий нарушение функционирования систем антиоксидантной защиты организма, развитие иммунодефицитных состояний и, как следствие, резкое снижение сопротивляемости организма воздействию неблагоприятных факторов окружающей среды. В свою очередь, внешняя среда, условия жизни оказывают непосредственное влияние на формирование традиций питания и образа жизни. В качестве такого воздействия этносферы на этнос и адаптацию этноса к условиям обитания можно привести пример употребления молока различными этносами. Снижение активности синтеза лактазы у человека обусловлено снижением активности гена, ответственного за выработку фермента. Однако в случае мутации той части гена, которая отвечает за синтез фермента лактазы, возможен высокий уровень активности фермента и у взрослых людей. Сравнительный анализ распределения частот генотипов, определяющих ферментную недостаточность лактазы, показал, что у русских, проживающих в Волго-Уральском регионе, частоты генотипов, обуславливающих недостаточность лактазы, сопоставимы с таковыми у белорусов, украинцев, французов, мордвы, удмуртов и коми и составляет 38%. У 76% башкир встречается лактазная недостаточность и этот показатель близок к казахам, бурятам, горным марийцам и ниже, чем у народов Юго-Восточной Азии.
Полученные нами результаты послужат основой для объяснения механизмов формирования ряда многофакторных заболеваний и комплексных признаков человека в зависимости от индивидуального генетического профиля и особенностей питания.
Ключевые слова: генетика, экологическая генетика, эпигенетика, ферменты, лактаза, гиполактазия, микронутри-енты, функциональное питание
© R.V. Kunakova1, R.A. Zainullin1,
E.K. Khusnutdinova2, R.I. Khusainova2
GENETIC BACKGROUND OF HEALTHY FOOD
1Ufa State University of Economics and Service,
ulitsa Chernyshevskogo, 145, 450078, Ufa, Russian Federation
2Institute of Biochemistry and Genetics, Prospekt Oktyabrya, 71, 450054, Ufa, Russian Federation
The results of extensive research on the actual nutritional and health status in various regions of Russia indicate steadily inappropriate nutritional intakes. The most significant negative impact on the state of public health is the lack of micronutrients (vitamins, minerals, some polyunsaturated fatty acids), which causes the disruption of the functioning of antioxidant defense systems, the development of immunodeficiency states and, as a result, a sharp decrease in the body's resistance to adverse environmental factors. In turn, the external environment factors and living conditions have a direct impact on the formation of dietary habits and lifestyle. Such an impact of ethnosphere on different ethnic groups and their adaptation to environmental conditions can be exemplified by the use of milk. Reduced activity of lactase synthesis in humans is caused by decreased activity of the
ВЕСТНИК АКАДЕМИИ НАУК РБ
V
/21
2014, том 19, № 1
gene responsible for the production of the enzyme. However, high activity of the lactase enzyme in adults is also possible in the case of mutation of the gene responsible for lactase synthesis. A comparative analysis of the frequency distribution of genotypes determining lactase deficiency shows that Russians living in the Volga-Ural region have frequencies of genotypes causing lactase deficiency comparable to those among Belarusians, Ukrainians, Frenchmen, Mordovians, Udmurts and Komis (38%). Lactase deficiency occurs among 76% of the Bashkir people, this figure being close to that among Kazakhs, Buryats, mountain Maris and lower than among the peoples of Southeast Asia. Our results provide a basis for explaining formation mechanisms in a number of multifactorial disorders and human complex traits depending on the individual genetic profile and dietary habits.
Key words: genetics, ecological genetics, epigenetics, enzymes, lactase, hypolactasia, micronutrients, functional food
С развитием цивилизации и возможностью выбирать себе продукты питания, организовывать его в соответствии со своими потребностями люди стали обращать внимание на то, что образ жизни и рацион питания оказывают сильное влияние на здоровье и продолжительность жизни человека. Однако прошло много столетий, прежде чем люди смогли выявить механизмы этого взаимодействия человеческого организма и рациона питания. К сожалению, в условиях дефицита продуктов питания и голода человек не имеет возможности выбора, ибо речь идет не об улучшении качества жизни, а о проблеме выживания.
Россия уже продолжительное время не испытывает дефицита продуктов питания, и уровень жизни основной массы ее населения позволяет выбирать из широкого ассортимента различных продуктов, предлагаемых современным рынком продовольствия.
Получив доступ к мировому рынку современных высокотехнологичных продуктов питания, россияне включились в массовое потребление продуктов длительного хранения, полуфабрикатов и консервов. Увеличению в рационе питания современного россиянина доли продуктов быстрого приготовления, консервированных продуктов способствовали и ускорение ритма жизни современного города. В условиях постоянного дефицита времени и психо-эмоционального стресса россияне все чаще стали отказываться от традиционного режима питания и стали реже употреблять привычные нам первые и вторые
блюда, в приготовлении которых обычно применялись свежие и натуральные продукты. Спустя непродолжительное время общество с удивлением обнаружило, что изобилие продуктов питания не привело к оздоровлению населения, а напротив — увеличилось количество смертей от сердечно-сосудистых заболеваний, сахарного диабета и от других, не менее опасных и тяжелых заболеваний.
В некоторых странах, столкнувшихся с такой проблемой раньше, начали искать пути оздоровления своего населения. В Финляндии сдвиг в сторону здоровой диеты был самым значительным фактором, способствующим снижению уровня холестерина в крови между 1970 и 2007 гг. Причиной этого было уменьшение употребления в пищу жиров, содержащих насыщенные жирные кислоты, и значительное увеличение в рационе питания жителей Финляндии доли растительных масел с высоким содержанием полиненасыщенных жирных кислот, одновременно происходило увеличение потребления овощей, ягод и фруктов. В результате целенаправленной политики государства по профилактике сердечно-сосудистых заболеваний путем снижения употребления сливочного масла, являющегося традиционным компонентом национальной кухни финнов, удалось значительно снизить смертность от сердечнососудистых заболеваний к 1970 г. Это было особенно заметно среди людей трудоспособного возраста и старших возрастных групп. Исследования показывают, что наиболее
ВЕСТНИК АКАДЕМИИ НАУК РБ/
/ 2014, том 19, № 1 IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII
■ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ЗДОРОВОГО ПИТАНИЯ
важными факторами, способствующими снижению сердечно-сосудистой смертности являются более низкие уровни холестерина, понижение кровяного давления и прекращение курения. Наиболее значительным фактором из вышеперечисленных является снижение до нормы уровня холестерина в крови населения, которое обусловливает до 80 % снижения смертности от сердечно-сосудистых заболеваний. Оба показателя: и уровень смертности от сердечно-сосудистых заболеваний, и уровень холестерина за эти годы в Финляндии существенно снизились. Уровень холестерина в крови в нач. 1970-х годов был самым высоким и составлял около 7 ммоль/л [1].
Пытаясь решить проблему оздоровления населения, ряд стран стали искать различные пути обогащения повседневных продуктов физиологически важными компонентами, дополнительное введение которых могло снизить риск развития тех или иных заболеваний.
Научно обосновано, что подавляющее большинство так называемых болезней цивилизации — сердечно-сосудистые, диабет, аллергия, анемия, нарушения обменных процессов, — являются алиментарно зависимыми (связанными с питанием) и могут корректироваться с помощью специальных продуктов с заданным физиологическим действием: антиоксидантным, иммуномодулирующим, регулирующим и восстанавливающим нарушение систем организма и др. Согласно статистике стран Европейского союза, человек потребляет в год около 1 т пищевых продуктов. Однако исследования последних лет показывают, что при современных технологиях производства они в значительной степени обеднены полезными и крайне необходимыми макро- и микронутриентами: витаминами, микроэлементами, отдельными полиненасыщенными жирными кислотами. Их дефицит вызывает нарушение функционирования систем антиоксидантной защиты организма, развитие иммунодефицитных состояний и, как следствие, резкое снижение сопротивляемости организма воздействию неблагоприятных факторов окружающей среды.
Например, в современных высокоурожайных сортах фруктов содержание аскорбиновой кислоты (витамина С) в 10—20 раз ниже, чем в их диких или низкоурожайных сортах. В таких условиях важное значение приобретают технологии обогащения продуктов питания этими необходимыми компонентами за счет введения в пищевые продукты добавок в основном растительного происхождения.
Важнейшими факторами нарушения питания являются:
• дефицит витаминов; особенно неблагоприятно обстоит дело с обеспеченностью витамином С, недостаток которого, по обобщенным данным, выявляется у 80—90% людей. 40—80% населения недостаточно обеспечены витаминами В1, В2, В6, фолиевой кислотой, более 40% населения испытывает недостаток каротина и др. Витаминный дефицит носит характер недостаточности одновременно витаминов С, группы В и каротина, т.е. является полигиповитаминозом. Этот постоянно действующий неблагоприятный фактор носит всесезонный характер и выявляется практически среди всех групп населения во всех регионах страны;
• дефицит минеральных веществ (кальция, железа);
• дефицит микроэлементов (селена, цинка, йода, фтора). Общеизвестна проблема йодной недостаточности, приводящая к тяжелым заболеваниям (зоб, кретинизм и др.);
• дефицит пищевых волокон. Необходимость производства пищевых волокон и обогащенных ими пищевых продуктов связана с увеличением потребления человеком рафинированных продуктов. Подсчитано, что рацион пищи современного человека содержит всего 15—20 г пищевого волокна, в сравнении с дневной нормой — 40—70 г.
Одна из важнейших задач по улучшению структуры питания населения — увеличение продуктов массового потребления с высокой
ВЕСТНИК АКАДЕМИИ НАУК РБ /
/2014, том 19,
пищевой и биологической ценностью, в т.ч. продуктов, обогащенных белком, витаминами и минеральными веществами.
Организм человека состоит из около 1014 функционирующих клеток, постоянно нуждающихся в незаменимых пищевых веществах, которые тело самостоятельно не может синтезировать.
Более 10 трлн клеток количественно постоянны в течение всей жизни человека. Ежедневно в организме погибает около 70 млрд клеток, что требует дополнительных затрат биологически активных веществ на их восполнение.
Минимальная продолжительность жизни некоторых клеток человека составляет 1—2 дня. Ежедневно погибают клетки кишечного эпителия и в среднем 2 млрд эритроцитов. В то же время во всех клетках происходит интенсивное обновление веществ и структур. Все клетки в организме человека функционально объединены метаболическими и регулятор-ными процессами. Их постоянное внутреннее обновление обеспечивает надежность работы органов и систем нашего многоклеточного организма.
Недостаточное количество или отсутствие незаменимых биологически активных веществ вызывает нарушение протекания биохимических реакций и функциональных процессов. Вследствие этого возникают необратимые или обратимые изменения, обусловливающие возникновение ряда заболеваний и нарушений в организме людей.
Известно, что с пищей в организм должно поступать более 600 различных веществ (нутриентов), полностью обеспечивая человека не только энергией, основными пищевыми веществами, макро- и микронутриентами, но и рядом непищевых компонентов.
Угроза здоровью человека возникает не только тогда, когда в организме не достает каких-либо незаменимых пищевых веществ, но и при попадании в организм чужеродных, токсичных веществ. В связи с этим оптимально сбалансированные пищевые продукты служат основным источником защитных
..............ВЕСТНИК АКАДЕМИИ НАУК РБ
реакций организма и активной его деятельности. Следует иметь в виду, что неблагополучные экологические факторы способствуют значительному увеличению расхода незаменимых аминокислот, витаминов и минеральных веществ для детоксикации организма. Это способствует усугублению их дефицита и требует дополнительного применения в рационе натуральных комплексов аминокислот, витаминов и минеральных веществ, что не всегда принимают во внимание социальные и медицинские службы.
Впервые идея витаминизировать продукты питания возникла в нашей стране в 1934 г. Тогда же открылся первый экспериментальный завод по производству С-витаминного концентрата из еловой хвои, его планировали добавлять в кондитерские изделия и фруктовые консервы. Однако конфеты с запахом хвои не имели у населения спроса, как и варенье, и прочие продукты. В дальнейшем витамин С для кондитерской промышленности стали получать из плодов шиповника и черной смородины. В 1939 г. профессор-витаминолог В.В. Ефремов убедил правительство в необходимости витаминизации муки. И с тех пор отечественная мука первого и высшего сортов обогащается витаминами В1, В2, РР. Эту идею тут же переняли США. Во время Второй мировой войны сенат США принял закон об обязательном обогащении хлеба витаминами. Первоначально имелось в виду просто восстановить количество витаминов, содержащихся в цельном зерне, компенсировав потери при очистке. Затем родилась идея обогащать ими прочие продукты.
Сегодня все развитые страны мира переживают бум в области обогащенных продуктов питания. Самый высокий уровень потребления биопродуктов наблюдается в Японии. Специалисты оценивают японский рынок здорового питания в 7 млрд долл. Несколько меньше рынок в США — приближается к 5 млрд долл. США. Число потребителей продуктов с полезными свойствами в России в последние годы также быстро растет [2].
Помимо факторов, связанных с посто-
2014, том 19, № 1 11111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111
ДЛКИ ЗДОРОВОГО ПИТАНИЯЩ
янным обновлением организма и построением новых клеток, питание способно и регулировать адаптацию популяции человека к условиям обитания и уровню развития технологии производства и переработки продукции сельского хозяйства.
Внешняя среда, условия жизни оказывают непосредственное влияние на формирование традиций питания и образа жизни. Вот что писал об этом Л.Н. Гумилев: «Географический ландшафт воздействует на организмы принудительно, заставляя все особи варьировать в определенном направлении, насколько это допускает организация вида. Тундра, лес, степь, пустыня, горы, водная среда, жизнь на островах и т.д. — все это, образно говоря, накладывает особый отпечаток на организм. Те виды, которые не в состоянии приспособиться, должны переселиться в другой географический ландшафт или вымереть. Это положение равным образом относится и к этносам, которые непосредственно и тесно связаны с природой через свою хозяйственную деятельность. Этнос приспособляется к определенному ландшафту в момент своего сложения» [3].
В качестве такого воздействия этно-сферы на этнос и адаптацию этноса к условиям обитания можно привести пример употребления молока в различных этносах. Для нормального развития млекопитающего необходим фермент лактаза, расщепляющий молочный сахар лактозу. Практически для всех млекопитающих характерно снижение выработки фермента лактазы в кишечнике по мере взросления детеныша. Это необходимый для нормального развития популяции адаптационный процесс, т.к. несварение материнского молока вызывает дискомфорт подростка и стимулирует его к отказу от материнского молока и способствует зачатию нового потомства. Такая ситуация характерна и для людей, и известно, что фермент лактаза интенсивно вырабатывается в первые годы жизни ребенка и постепенно прекращается в возрасте 10—20 лет. Долгие годы нормой считался европейский вариант активности фермента и способность употребления молока взрос...............ВЕСТНИК АКАДЕМИИ НАУК РБ .
лыми европейцами, а снижение активности фермента (гиполактазия) считалось угнетение выработки фермента в результате болезни или особенностей национальной кухни. Снижение активности синтеза лактазы у человека обусловлено снижением активности гена, ответственного за выработку фермента. Однако в случае мутации той части гена, которая отвечает за синтез фермента лактазы, возможен высокий уровень активности фермента и у взрослых людей. И было вполне логично предположить, что различия этносов употреблять молоко в питании обусловлено уровнем развития молочного животноводства, однако картографический анализ распространений молочного животноводства в Европе показал, что оно распространялось с юга на север Европы, в то время как гиполактазия напротив, нарастает с северо-запада на юго-восток Европы. Доля людей с недостаточностью лак-тазы значительно выше у жителей в регионе одомашнивания безгорбого крупного рогатого скота на Ближнем Востоке и зебувид-ного на севере-западе Индостана, например, у иранцев и иракцев она составляет 80—95%. Меньше всего взрослых, не способных усваивать цельное молоко, в Дании, Англии и Голландии — 2—6%. Эти тенденции хорошо видны на карте, приведенной на рисунке [4].
Значительно убедительной версией,
Рис. Распространение лактазной недостаточности по различным регионам планеты [5]
способной объяснить различия в уровне активности лактазы у представителей различных этносов, стала версия, основывающаяся на
014, том 19, № ..............О
предположении, что способность усваивать лактозу является адаптивным признаком, способствующим усвоению кальция в условиях дефицита витамина D, развивающегося при недостатке ультрафиолетового облучения, что вскоре нашло и экспериментальное подтверждение. Таким образом, теория эволюции гиполактазии в условиях Европы как следствие адаптации к дефициту ультрафиолетового облучения оказалась наиболее убедительной.
Кстати, подобное воздействие ультрафиолетового излучения на живые организмы проявляется и в мире растений. Воздействие солнечной радиации вплотную связано с комплексом географических факторов, которые обусловлены особенностями климатических условий произрастания. Известно, например, что в большинстве пряно-ароматических растений по мере продвижения ареала произрастания на юг увеличивается содержание эфирных масел и других активных веществ [6]. Сравнение содержания эфирного масла в траве тимьяна, произрастающего в Испании и выросшего в более северных районах, показывает существенную разницу: 2,6% для испанского тимьяна, при среднем содержании 0,1—0,5% в образцах, собранных в северных районах Европы. Однако эта особенность не является закономерностью, обязательной для всех видов растительного сырья.
Ген лактазы ЬСТ человека находится в локусе 2q21 генома человека. Показано, что полиморфный вариант — 13910С>Г данного гена полностью коррелирует с лактазной активностью. Вариант *Т определяет в несколько раз более высокий уровень синтеза фермента, индивиды с клинически диагностированной гиполактазией имеют генотип *С*С по данному локусу.
Проведенный нами сравнительный анализ распределения частоты генотипа, определяющего ферментную недостаточность лактазы, показал, что у русских из Волго-Уральского региона она сопоставима с
таковой у белорусов, украинцев, французов, мордвы, удмуртов и коми и составляет около 38%. У башкир частота аллеля, ассоциированного с лактазной недостаточностью, составляет около 76% и близка к частоте этого аллеля у казахов, бурятов, горных марийцев и ниже, чем у народов Юго-Восточной Азии.
В популяции татар распространенность ферментной недостаточности лактазы находится в пределах промежуточных значений таковых между популяциями Европы и Азии и составляет примерно 55%, соответствуя географическому положению и соотношению европейских и азиатских компонентов в своем генофонде.
Таким образом, анализ распределения частот аллелей и генотипов полиморфного локуса -13910С>Т гена LCT выявил значительную неоднородность исследованных популяций Волго-Уральского региона России как на уровне этносов, так и на уровне субпопуляций одного этноса (башкиры) [7].
Большинство населения Республики Башкортостан традиционно считает молочные продукты наиболее богатым источником витамина D. Таким образом, становится очевидной необходимость разработки и производства в Республике Башкортостан продуктов функционального назначения, способных восполнить дефицит витамина D в организме подрастающего поколения. Учитывая вероятность наличия у значительной части детей и взрослых Республики Башкортостан недостаточности фермента лактазы, следует большое внимание уделить разработке и производству функциональных продуктов питания обогащенных витамином D и не содержащих лактозу — молочный сахар.
Таким образом, созданы предпосылки для разработки функциональных продуктов питания на основе генетических особенностей отдельного индивида или отдельного этноса, проживающего в определенной местности в условиях многофакторного воздействия окружающей среды и образа питания.
ВЕСТНИК АКАДЕМИИ НАУК РБ/
/ 2014, том 19, № 1 11111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111
ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ЗДОРОВОГО ПИТАНИЯ
2014, том 19, № 11
