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Los micronutrientes y el genoma humano

septiembre 1, 2011

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La genómica nutricional es la ciencia que estudia las relaciones entre el genoma humano, la alimentación y la salud. Se divide en "nutrigenómica", que investiga el efecto que los nutrientes tienen sobre la salud al alterar la expresión genética ; y "nutrigenética", que analiza las variaciones genéticas (polimorfismos) en los individuos en base a la interacción entre nutrientes y dolencia. Cada vez está más comprobado que el riesgo de padecer enfermedades degenerativas aumenta cuanto más dañado está el ADN, lo que a su vez depende de los micronutrientes.

La concentración óptima de micronutrientes para prevenir daños en el genoma depende, por un lado, de polimorfismos que alteran el funcionamiento de los genes involucrados de forma directa o indirecta en la ingesta y, por el otro, del metabolismo de los nutrientes necesarios para reparar el ADN y reproducirlo de forma exacta. La creación de modelos diseñados para mantener mejor la salud del genoma en individuos con antecedentes genéticos concretos sería una contribución importante a la mejora de la estrategia sanitaria.



Necesidades nutricionales para la salud del genoma

Los daños en el genoma afectan en cualquier etapa de la vida. En estudios prospectivos de cohorte que se están llevando a cabo en países europeos se ha demostrado que una tasa elevada de daño cromosomático es causa de cáncer, envejecimiento prematuro y enfermedades neurodegenerativas. Las personas con síntomas de envejecimiento prematuro debidos a un desequilibro en la reducción - oxidación y/o a un nivel de reparación del ADN que no es óptimo son especialmente susceptibles a los efectos dañinos que tiene una ingesta de micronutrientes menor a la necesaria sobre el genoma.

La dieta humana debe incluir aproximadamente unos 40 micronutrientes. Existen pruebas contundentes de que se necesitan varios micronutrientes (vitaminas y minerales) como cofactores para enzimas o como parte de la estructura de las proteínas implicadas en la síntesis y reparación del ADN, prevención del daño oxidativo en el ADN y mantenimiento de la estabilidad del genoma (1, 2). La falta de micronutrientes puede provocar daños en el ADN que se asocian a un gran número de enfermedades humanas graves. Los daños que sufre el genoma debidos a una falta moderada de micronutrientes son equiparables a los que sufre en caso de exposición a dosis considerables de factores ambientales dañinos, como productos químicos cancerígenos o radiación solar, que son hoy motivo de seria preocupación.

Los resultados de un estudio de población sugieren que son como mínimo nueve, los micronutrientes que afectan a la estabilidad del genoma (3). En este estudio se analizaron la ingesta dietética y los daños en el genoma de los linfocitos de 190 individuos sanos (edad media 47,8 años). Los resultados mostraron que una elevada ingesta de calcio, ácido fólico, ácido nicotínico, vitamina E, vitamina A y betacaroteno tenían una relación directa con una mayor estabilidad del genoma. Por otro lado, una gran ingesta de ácido pantoténico, biotina y riboflavina se asociaron a una mayor inestabilidad del genoma. El estudio ilustra el gran impacto que tiene una amplia variedad de micronutrientes y sus interacciones en la salud del genoma dependiendo de la cantidad que se ingiere.

La cantidad de nutrientes que parece tener efectos protectores contra los daños del genoma varía considerablemente de un alimento a otro. Debido a que las elecciones dietéticas difieren entre individuos, por preferencias gustativas determinadas genéticamente o por restricciones culturales o religiosas, se necesitarían varias opciones y suplementos para cubrir las carencias en la necesidad de micronutrientes (4). Adaptar el metabolismo humano por medio de una dieta que sería específica para individuos con edades y genotipos similares podría disminuir los daños sobre el ADN cromosómico y mitocondrial, mejorando la salud y prolongando la calidad de vida. Establecer una ingesta idónea de micronutrientes para minimizar los daños en el genoma humano debería reducir el riesgo y la aparición de ciertos tipos de cáncer y de enfermedades degenerativas asociadas al envejecimiento.



Micronutrientes y estabilidad del ADN

Términos en los que la nutrigenómica se refiere a los efectos de la dieta sobre la estabilidad del ADN y la expresión genética. Se ha demostrado que un suministro inapropiado de nutrientes puede provocar elevados niveles de mutación del genoma y alterar la expresión de genes necesarios para el mantenimiento del genoma. Asimismo, ha quedado probado que la carencia de varios micronutrientes causa daños en el ADN y se cree que se puede asociar con algunas enfermedades graves. La falta de ácido fólico, niacina, vitamina B6 o vitamina B12 puede aumentar el riesgo de padecer cáncer de colon, enfermedades cardíacas y disfunciones neurológicas debidas a la ruptura de cromosomas y a una reparación defectuosa del ADN. Una falta de vitamina C puede incrementar el riesgo de padecer cataratas y cáncer debido a la oxidación del ADN. Niveles insuficientes de vitamina E pueden aumentar el riesgo de padecer cáncer de colon, enfermedades cardíacas y una disfunción inmunológica por la oxidación del ADN. Se ha demostrado que la falta de cinc provoca pérdida de memoria debido a la ruptura de cromosomas (5).

Los telómeros son estructuras de nucleoproteínas que se encuentran en los extremos de los cromosomas, mantienen su estabilidad y evitan que estos se fusionen por los extremos durante la división celular. Se ha demostrado que una degeneración de los telómeros puede conllevar una inestabilidad cromosómica total, factor importante de riesgo de padecer cáncer (6, 7). Así pues, se sospecha que el acortamiento de telómeros podría ser uno de los mecanismos fundamentales que determinan la tasa de envejecimiento en las células (8, 9). Existen estudios que indican que una deficiencia de ácido fólico y de ácido nicotínico, junto con un aumento del estrés oxidativo, pueden acelerar la disfunción telomérica. Estos desequilibrios metabólicos podrían explicar las asociaciones observadas entre el acortamiento de telómeros y algunas circunstancias, como obesidad, estrés psicológico, disfunción inmunológica y enfermedades cardiovasculares (10-15).

Bajo condiciones deficientes de ácido fólico, la base uracilo se incorpora en el ADN, en lugar de timidina, provocando una rotura del cromosoma. Además, el ácido fólico y la vitamina B12 juegan un papel crítico en el mantenimiento de la metilación del ADN que, además de ser importante para el control de transcripción de la expresión genética, determina la estabilidad estructural de regiones importantes de los cromosomas. Hay pruebas importantes de que defectos en el proceso de metilación del ADN pueden provocar disfunciones teloméricas excesivas (16). Por este motivo, es posible que la deficiencia de ácido fólico u otros donantes de metilo provoquen una inestabilidad telomérica al causar un mantenimiento no adecuado de la metilación. El ácido nicotínico (niacina) es otro micronutriente dietético conocido por el papel fundamental que juega en la integridad del cromosoma y la disminución del riesgo de padecer cáncer
(17, 18).

Los daños al ADN, lípidos y proteínas provocados por especies reactivas de oxígeno se pueden controlar con antioxidantes (como son las vitaminas C y E), al igual que los mecanismos enzimáticos como el superóxido dismutasa y la catalasa (19). Bajo condiciones concretas, como niveles altos de radicales libres y/o niveles bajos de antioxidantes, puede darse una inestabilidad, quedando sobrepasadas las capacidades de prevención y de reparación. En estudios realizados in vitro se ha encontrado un tratamiento antioxidante que previene el desgaste de los telómeros y prolonga la vida de las células (20); de todas formas, no está claro si también se pueden obtener efectos similares in vivo.



Micronutrientes y polimorfismos Algunos casos de insuficiencia de micronutrientes se deben a una dieta pobre, mientras que otros son causados por variaciones genéticas que no permiten procesar los nutrientes correctamente. Se pueden atribuir aproximadamente 50 enfermedades humanas a estos "polimorfismos enzimáticos". Estas variaciones genéticas pueden alterar la actividad de los genes relacionada con la biodisponibilidad de micronutrientes y/o la afinidad con cofactores de micronutrientes que se encuentran en los enzimas clave implicados en, por ejemplo, el metabolismo o la reparación del ADN. Complementar la dieta con vitaminas y minerales apropiados podría, en algunos casos, ayudar a superar bloques metabólicos heredados que se encuentran en los caminos clave del mantenimiento del ADN y, probablemente, disminuir el riesgo de padecer cáncer (21). Se cree que aumentar la concentración de un cofactor por medio de la suplementación es especialmente efectivo cuando la mutación (polimorfismo) en un gen disminuye la afinidad de unión para su cofactor, lo que provoca así una tasa de reacción menor. El término nutrigenética se refiere al impacto de las diferencias genéticas de los distintos individuos en su respuesta a una dieta específica para un resultado específico en la salud.

Estudios sobre las mutaciones comunes en el gen metilentetrahidrofolato reductasa (MTHFR) han mostrado que estas influyen de forma modulante en el riesgo de padecer fallos en el desarrollo o cáncer (22). Existen interacciones importantes entre un polimorfismo MTHFR específico (C677T), su cofactor riboflavina y ácido fólico en relación con la inestabilidad cromosómica: una gran concentración de riboflavina aumenta la inestabilidad en condiciones de poco ácido fólico (23). Estudios sobre los efectos interactivos de la insuficiencia de ácido fólico y las mutaciones hereditarias en el gen MTHFR indican que una falta moderada de ácido fólico tiene un gran impacto sobre la inestabilidad del genoma.

Se ha demostrado que, además de cáncer, algunas variaciones genéticas hacen más susceptible a enfermedades relacionadas con los micronutrientes, como diabetes mellitus de tipo 2, obesidad, enfermedades cardiovasculares y algunas enfermedades autoinmunes. El gen del receptor de la vitamina D3 (VDR), por ejemplo, descodifica la hormona receptora central de la vitamina D3. Pertenece a la familia de factores reguladores de la transcripción. Los objetivos de este receptor se encuentran principalmente en el metabolismo mineral, aunque el receptor regula un gran número de otros caminos metabólicos, como los que están implicados en la respuesta inmune y el cáncer. El polimorfismo del gen VDR ha sido relacionado con la densidad mineral de los huesos y con enfermedades crónicas múltiples, como cáncer (especialmente cáncer de mama (24), cáncer de próstata y melanoma maligna (25), diabetes mellitus de tipo 2 (26), Parkinson (27), enfermedades pulmonares (28), enfermedades gastrointestinales (29), esclerosis múltiple (30, 31) y enfermedades periodontales (32).



Perspectivas

Es evidente que los micronutrientes juegan un papel importante en el mantenimiento del genoma. Dado que los daños en el genoma son la circunstancia más crítica que puede conducir a una disfunción, es esencial prestar más atención a las necesidades nutricionales para mantener el genoma sano. Desarrollar modelos dietéticos, alimentos funcionales y suplementos diseñados para mejorar el mantenimiento de un genoma sano en las personas con antecedentes genéticos específicos puede resultar una contribución importante a una nueva estrategia sanitaria más rentable que se base en diagnosticar y en prevenir la inestabilidad del genoma (p. ej. degeneración cromosómica o telomérica) o enfermedades degenerativas por medio pautas nutricionales individuales (4).

Aunque todavía no es posible realizar recomendaciones dietéticas diferenciadas para prevenir los daños en base exclusiva a los antecedentes genéticos de una persona, sí que es viable utilizar diagnósticos actuales para determinar si un modelo dietético o un suplemento concretos ayudarían o dañarían el genoma de una persona.

Bibliografía

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