Новата ера на хранителните изследвания превръща това емпирично знание в научно обоснована молекулярна наука, защото компонентите в храната взаимодействат с нашето тяло на ниво система, органи, клетки и молекули. Съвременните изследвания в областта на храненето и здравето се фокусират върху насърчаването на здравето, предотвратяването или отлагането на началото на заболяването и оптимизирането на работата през целия живот. Тези цели изискват холистичен подход (човек като цяло), тъй като хранителното подобрение на един аспект на здравето не трябва да бъде компрометирано от влошаването на друг.

протеомиката

Диетичните компоненти се появяват в сложни смеси и поради това не само концентрациите на отделни съединения, но и взаимодействието между тях оказват влияние върху бионаличността и биоефикасността на крайната съставка.

Протеините са ключовите играчи на почти всички биологични процеси в човешкото тяло. Протеомиката е централна платформа в нутригеномиката, която се стреми да разбере цялостно как се изразява нашият геном в отговор на диетата.

Nutrigenetics се фокусира върху нашата генетична предразположеност и податливост към диета и може да се използва за разслояване на групи от хора, включени в проучвания за хранителна интервенция, и за отделяне на отговорилите от неотговарящите сред тези хора.

Епигенетиката обхваща изследването на биохимични модификации, които не модифицират последователността на дезоксирибонуклеиновата киселина (ДНК) както в самата ДНК, така и в ДНК-свързващите протеини, и изглежда осигурява формат за импринтиране.) Метаболитен, който може да продължи за цял етап от живота, през целия живот или дори да бъдат наследени от едно поколение на друго. Протеомиката също играе роля тук, като е в състояние да идентифицира транслационни модификации (например ацетилиране) на протеините, които опаковат ДНК и следователно може да помогне за дешифрирането на така наречения хистонов код.

Протеомиката в храненето идентифицира и определя количествено биоактивните протеини и пептиди, като същевременно отговаря на въпроси за хранителната биоефикасност чрез изясняване на белтъчни и пептидни маркери. Протеомика доставя биоактивни вещества и биомаркери.

Ние използваме геномни платформи, като транскриптомика, протеомика и метаболомика, за да демонстрираме хранителна ефективност; използваме генетични техники, за да разкрием предразположение и податливост; и ние прилагаме епигенетика, за да разберем метаболитното програмиране и импринтиране.

Ограничаващото аналитично предизвикателство в протеомиката не е точността на масата (в момента на нива под ppm), нито разделителната способност на масата (в момента на ниво стотици хиляди) или абсолютната чувствителност (в момента на нива на атомоларен обхват [aM или 10 -18 моларни]) на масата спектрометри, но в динамичния диапазон на протеиновите концентрации (изчислено например на 10 12 в човешката кръв), което е довело до недостатъчно вземане на проби, излишък и невъзпроизводимост при идентификация и количествено определяне на протеини.

Текущите протеомични платформи, базирани на масова спектрометрия (MS), могат да изпълняват динамичен диапазон от 10 4. Това означава, че оставащият и недостъпен протеом с по-ниско изобилие трябва да се определя чрез изчерпване на най-разпространените протеини (напр. Системата за отстраняване на множествен афинитет, която специално премахва 7 до 14 по-високи протеини в плазмата) или чрез селективно обогатяване на протеини., чрез имобилизирана метална афинитетна хроматография или техники на титанов диоксид за фосфопротеини, лектини, както и техника за улавяне на клетъчната повърхност за гликопротеини).

Текущи средства за количествено определяне на протеини са гел или MS. Предпочитаният стандарт за 2DE-протеомика е количествено определяне на диференциална гел електрофореза (DIGE) с диференциално оцветяване на отделените протеини и анализ на изображението. Като алтернатива на DIGE и съвместими с онлайн течна хроматография (LC) -MS/MS, стабилни изотопи могат да бъдат въведени при въпросните условия.

Тези техники на етикетиране могат да се извършват върху протеини (напр. AniBAL [белязан от анилин и бензоена киселина]) или пептид (напр. ICAT [изотопно кодиран афинитетен маркер], iTRAQ [изобарни маркери за относително и абсолютно количествено определяне] или TMT [изобарни маркери] (тандемен етикет за маса]) и могат да бъдат въведени химически в проба (ICAT, iTRAQ, TMT или AniBAL) или метаболитно хранещи се клетки или дори малки животни (например мишки и плъхове) с изотопно маркирани аминокиселини, стабилни в клетъчната култура (SILAC). Количественото отчитане може да бъде получено на MS-ICAT, SILAC и AniBAL) или MS/MS (iTRAQ и TMT).

Докато от една страна се предпочита етикетът да се въведе възможно най-рано в работния процес, за да се увеличи съвместната обработка на случаите и контролите и да се сведе до минимум пристрастието (постигнато в случаите на метаболитните методи SILAC и химикала AniBAL), от друга страна От друга страна, може да бъде изгодно да не се етикетира, за да може директно да се сравняват пробите без промени. Следователно са разработени така наречените подходи без етикети, които извършват спектрално преброяване на пептидни разпределения за полуколичествен анализ или сравняват пиковите интензитети на самия пептид чрез припокриване на LC-MS серии от контролни и случайни проби.

По-специално при храненето е желателно също така да се генерира информация за абсолютните количества протеини, налични в дадена проба: доказаната бионаличност и основа за биоефикасност на съставката е нейното абсолютно количество в оригиналната хранителна матрица, както и в съответните телесни течности и тъкани.

Целевата и мултиплексирана версия на ниво пептид се нарича подход на абсолютното количествено определяне (AQUA), вариантът на ниво протеин е описан като QConCat (изкуствено експресирани протеини, състоящи се от пептиди със стабилен изотопен код, представляващ белтъците, които да бъдат количествено определени) или стандарт абсолютно количествено определяне на протеина (PSAQ, пикове на маркирания протеин, който представлява интерес).

Аналогичната стратегия за мащаб на протеома с определяне и синтез на маркирани уникални пептиди-идентификатори за всички протеини е известна под концепцията за "протеотипни" пептиди. Както маркираният протеотипен пептиден стандарт, така и неговият немаркиран аналог от див тип обикновено се идентифицират и определят количествено чрез MS/MS ориентиран режим на придобиване, известен като "избран" или "множествена реакция" мониторинг. Тези методи могат да се разберат като ELISA (ензимно-свързан имуносорбентен анализ), базиран на висока чувствителност и мултиплексиран МС, който не зависи от разпознаването на протеинови епитопи въз основа на триизмерна структура.

Приложенията на протеомиката в областта на храненето включват хранителни интервенции, изясняване на имунорелативни чревни разстройства, характеризиране на функционални съставки (като пробиотици в млякото или соеви протеини, наред с много други) или изследване на нарушения в енергийния метаболизъм (като диабет и затлъстяване).

Публикувани са множество статии за изследвания на хранителната намеса и за механистично изясняване на действието на хранителните вещества. Въпреки това, храненето е сравнително млада област за протеомика в сравнение с клиничните и медицински приложения.

Развитието и бъдещият успех на протеомиката в храненето и здравето ще зависи от няколко фактора:

♦ Технологичните платформи на протеомиката, независимо от приложението им, ще се възползват от непрекъснатото подобряване на техниките за разделяне на протеин/пептид, по-добрите методи за намаляване и обогатяване и по-специфични и чувствителни техники за секвениране и определяне на масата.

♦ Аналитичната стратегия има голям потенциал за подобряване на резултатите: интелигентният фокус върху протеомните подгрупи, на ниво клетъчни органели, протеинов подклас или масспектър (протеотипни пептиди и подбран мониторинг на реакциите) ще даде по-малко сложни протеоми и в същото време по-задълбочена информация за молекулярни мрежи.

♦ Подобренията, свързани с платформата, се разпростират и върху биоинформатиката (инструменти за оценка на качеството на данните и превръщането им в интерпретируема информация). Настоящите „пропуски“ в наборите данни omic могат да бъдат разбрани чрез реконструкция на регулаторни маршрути и мрежи, дори при наличие на фрагментирани данни. Ако тези инструменти за реконструкция на мрежата и изясняване на мотиви са успешни, те също могат да хвърлят светлина върху термините „възпроизводимост“ и „сравнимост“ на проучванията на омиката; Вместо да търсим едни и същи регулирани транскрипти/протеини/метаболити сред свързани изследвания, може да се съсредоточим върху общите мотиви зад тези набори от данни.

♦ Протеомиката ще има голяма полза от кръстосаната корелация с анализа на генната експресия и профилирането на метаболитите. Въпреки това, взаимосвързаният момент на експресия на гени и протеини, както и генерирането на метаболит, все още не е разбран. Едно от възможните решения е да се идентифицира натрупването на протеин (баланс между синтез и разграждане) в протеомичен мащаб; Вместо да правите протеомични „моментни снимки“, сега е възможно да интерпретирате промените в изобилието на протеини като комбиниран резултат от протеинов синтез и деградация на протеини. Експериментите с акреция на протеоми, проведени със стабилни изотопно маркирани аминокиселини, пептиди и протеини, имат потенциала да осигурят различно качество на хранителните биомаркери.

♦ Генетичната податливост може да предразположи човек към индуцирано от диета заболяване и/или да направи това лице повече или по-малко податливо на диетична намеса. Идентифицирането и характеризирането на метаболитно значими нуклеотидни полиморфизми (SNP) е от съществено значение за идентифициране на хора и популации с по-висок риск, както вече е направено за развитието на хипертония, атеросклероза, метаболитен синдром или функционална диспепсия, наред с други.

♦ Епигенетичните промени, като ДНК метилиране (заглушаване на гена) и ацетилиране на хистон (хроматинова структура), трябва да се имат предвид при продължителна хранителна намеса, тъй като тези механизми оказват силно влияние върху транскрипцията и експресията на гените.

♦ При хората диетичните промени представляват доста фини интервенции, често с много по-малки, отколкото големи молекулярни промени. По-доброто определяне на човешките групи, подложени на диетични интервенции чрез генотип и фенотип, трябва да осигури по-ясни резултати от омическите приложения.