10 avances de la nutrigenómica en diez años de investigación (2008-2018)
Si nuestros genes son el patrón que define quiénes somos, es su forma de expresión en presencia de nutrientes quien dicta el patrón para la producción de proteínas. Los patrones de “expresión génica” ocasionados por los alimentos, también conocidos como nutrigenómica, nos dicen si estamos enfermos, cómo reaccionaremos si enfermamos y si lo que estamos comiendo o haciendo puede mejorarnos.
Un pequeño chip, que representa todos los genes en el tejido del individuo examinado, permite a los científicos predecir con precisión qué efectos esperar de los cambios en la dieta, mostrando qué genes se activan y desactivan (en otras palabras, se “encienden” o se “apagan”).
Pioneras en su tipo, hace 10 años se abrieron las instalaciones de Alltech, para dedicarse al estudio de la influencia de la nutrición animal en la expresión génica. Esto permitió a los científicos determinar en cuestión de horas, qué resultados esperar de la suplementación de ciertos alimentos y suplementos dietéticos específicos para animales, sin esperar meses o incluso años para obtener los resultados típicos de los ensayos de campo.
Durante estos diez años, la nutrigenómica se ha utilizado para:
- Comprender cómo alimentos específicos cambian la expresión génica
- Detectar rápidamente nuevos nutrientes con beneficios similares
- Predecir respuestas sobre nuevos nutrientes o alimentos.
1. Verdaderamente sorprendente: AMAIZE
Aunque fue considerado 'sorprendente' por algunos productores que lo usaron, Amaize era un producto con un modo de acción elusivo. Los “rumiantes” dependen de su primer estómago (el rumen) para descomponer la fibra. Las enzimas como Amaize podrán ayudar con este proceso de digestión y, de hecho, utilizando técnicas tradicionales, los investigadores han demostrado que la adición de Amaize ha mostrado resultados extremadamente significativos en términos de ganancia de peso en canal para el ganado de carne (+10 kg en promedio) y en la producción de leche en el ganado lechero (1,5-2 kg por día).
El examen de la muestra de tejido mediante la expresión génica contó una historia diferente; el impacto de las enzimas en el sistema metabólico del animal mostró que, de hecho, los efectos de Amaize también son anabólicos, es decir, ayudan en el crecimiento del animal.
Se notaron varios cambios claves. Los genes relacionados con la expresión del factor de crecimiento semejante a la insulina (IGF-1), los receptores de insulina y los genes de la hormona del crecimiento se vieron afectados positivamente. Todos estos genes tienen una correlación directa en el aumento de la actividad metabólica y, por lo tanto, en el crecimiento corporal. Normalmente, cuando la insulina aumenta, los niveles de los receptores de insulina disminuyen. Otro ejemplo sería, cómo se regula el nivel de azúcar en la sangre cuando una personas tienen problemas de diabetes. Con el uso de Amaize, tanto la insulina como sus receptores se incrementaron, por lo que los científicos se propusieron descubrir el “punto ideal”, es decir, la cantidad correcta de Amaize a incluir. Muy poco, o incluso demasiado, afectó negativamente al rumiante y disminuyó los beneficios positivos de la enzima.
La nutrigenómica permitió a los científicos comprender con precisión la verdadera función de Amaize, lo que permitió emitir recomendaciones específicas a los productores sobre cómo y cuánto incorporarlo en las dietas de su ganado para maximizar el aumento de la producción y la rentabilidad. Científico principal: Dr. Karl Dawson
2. EconomasE: Una alternativa económica a la vitamina E
Muchos consideran EconomasE la primera innovación fundamental de la nutrigenómica. En esencia, es un suplemento antioxidante a base de algas, que demuestra funciones biológicas similares a la vitamina E, de forma más económica.
La vitamina E es conocida en todo el mundo por sus poderosas propiedades antioxidantes. Los antioxidantes inhiben la oxidación de otras moléculas, que pueden producir radicales libres. Los radicales libres, electrones desapareados, causan daño a las células del cuerpo y es la razón por la cual los doctores nos dicen que comamos ciertas frutas, hojas verdes y nueces; ¡para proteger y hacer que (sus células) sean más saludables! Una persona que consume antioxidantes en general será más saludable y estará en mejor forma para combatir las enfermedades.
Los humanos no somos los únicos que nos beneficiamos de los antioxidantes; todos los animales lo hacen y por esta razón, la vitamina E se incluye rutinariamente en las dietas de todos los animales de producción. Sin embargo, la vitamina E es muy costosa y, frecuentemente los productores encuentran formas de minimizar su inclusión en el alimento balanceado. Una consecuencia de esto puede ser aumentar los requerimientos de antibióticos. Un historial sobre los antibióticos en el alimento balanceado se revisa en este artículo.
Los investigadores pudieron utilizar la nutrigenómica para identificar el modo de acción de la vitamina E, y luego tratar de identificar otros compuestos o combinaciones con efectos similares. Un antioxidante a base de algas demostró ser capaz de replicar los cambios en la expresión génica observados con la vitamina, y esto se confirmó con 46 ensayos sucesivos en aves de corral, cerdos y ganado vacuno. EconomasE mantuvo la calidad de la carne y los efectos antioxidantes beneficiosos y protectores de la vitamina E sin el alto precio. Científico principal: Dr. Ronan Power
3. Uso del Zn para abordar la enteritis necrótica
Zn (el símbolo del Zinc) es un mineral traza necesario para el crecimiento y el desarrollo adecuado de todos los animales. Ayuda a la capacidad del cuerpo para combatir los resfriados y las infecciones. En los animales, ayuda con una infección intestinal severa conocida como enteritis necrótica (EN), que cuesta tan solo a la industria avícola unos $5 a $6 mil millones de dólares a nivel global, y cuya tasa de mortalidad es de hasta 1% por día.
La enteritis necrótica es causada por la familia de bacterias patógenas Clostridium perfringens, que producen lesiones al intestino que inhiben la absorción de nutrientes, lo cual debilita aún más al animal enfermo y aumenta la posibilidad de muerte. En los últimos años, los científicos han estado buscando formas de reducir los efectos de la enteritis necrótica en animales de producción como las aves de corral, los cerdos y el ganado vacuno. La investigación de nutrigenómica demostró que los cambios genéticos causados por la adición de Bioplex Zinc en las dietas de estos animales fueron favorables, especialmente cuando los sistemas inmunes de los animales fueron desafiados con estrés o incluso enfermedades. Bioplex Zinc también aumenta en gran medida la permeabilidad intestinal, lo cual significa que los animales son más capaces de absorber nutrientes, son más fuertes, más saludables y más aptos para defenderse de los desafíos.
La nutrigenómica confirmó que la forma de zinc utilizada es importante. Formas como, por ejemplo, el óxido de zinc y el sulfato de zinc, que se usan normalmente en dietas para animales y en suplementos humanos, son menos efectivas que las conectadas a péptidos mixtos, lo cual afecta la absorción del zinc. Un tratamiento holístico para el animal, suministrándole nutrientes en la forma óptima, prepara mucho mejor al animal para combatir enfermedades e infecciones, lo que resulta en un menor uso de antibióticos y una mejor eficiencia en la digestión de los alimentos, lo cual le ahorrará a la industria miles de millones de dólares anualmente. Científico principal: Dr. Daniel Graugnard
4. Mitigar las miopatías en la carne
Hace tan solo cinco años, una afección conocida como “pechuga amaderada” ni siquiera estaba en la lista de las preocupaciones de los avicultores. Ahora, se le atribuyen pérdidas estimadas, conservadoramente, en $200 millones de dólares en los Estados Unidos, y afecta a los avicultores en varios países como Brasil, España e Italia, entre otros. La aflicción de la pechuga de pollo genera carne dura y en otras palabras no comestible. El Servicio de Inocuidad e Inspección de los Alimentos de USDA (FSIS por sus siglas en inglés) ha decretado que la carne de pollo debe inspeccionarse a mano para evitar que la carne contaminada entre al mercado.
Si bien la genética ciertamente juega un papel importante, generalmente se considera que la pechuga amaderada está directamente relacionada con la rapidez con que los productores crían a sus pollos. Considerando que en 1930, el pollo promedio era sacrificado cuando alcanzaba alrededor de 1 kg (2,2 libras) y tomaba 50 días para ganar cada libra de peso, y menos de 100 años más tarde, criamos pollos entre 2,7 - 3,6 kg de peso vivo, ¡y pueden ganar medio kilo cada 8 días!
A nivel científico, los pollos de rápido crecimiento se ven afectados por hipoxia (baja concentración de oxigeno en la sangre), aumento del estrés oxidativo, inflamación y aumento en el tejido fibroadiposo. Desde la perspectiva del consumidor, esto genera un pollo duro, aunque no tóxico, con una experiencia alimenticia desagradable. Los cambios en la expresión génica han permitido el desarrollo de un programa de alimentación que disminuye los efectos oxidativos del ave y aumenta el sabor normal de los filetes de pechuga. Científico principal: Dra. Rebecca Delles
5. Actigen: una fuerza a considerar
Si parece más un superhéroe que un suplemento nutricional para animales, tal vez exista una razón. Durante muchos años, Bio-Mos, un manano oligosacárido, ha sido un ingrediente estrella en la alimentación animal, tanto en términos de mejoras del desempeño de forma natural como en la ayuda a los productores para reemplazar los antibióticos con una alternativa natural. Bio-Mos logró esto al aglutinar patógenos intestinales dañinos, mejorando la salud intestinal y la absorción de nutrientes.
El problema de la propia naturaleza de lo natural es la variación: color, olor y tamaño de las partículas relacionadas con el proceso natural de producción. El desafío fue, hacerlo más concentrado, más económico y más fácil de rastrear. Después de cuatro años, el resultado fue el producto Actigen; pero, ¿podrían los científicos probar que fue efectivo en los animales?
Actigen es una fracción rica en manosa (MRF) de Bio-Mos. La investigación de la nutrigenómica confirmó rápidamente sus similitudes con Bio-Mos, pero también demostró que es 2,5 a 5 veces más poderoso y un potente antiinflamatorio. La imagen anterior es una muestra de agrupamiento jerárquico e indica cómo MRF afecta la expresión génica y activa los genes apropiados para mejorar el desempeño animal.
Ensayos de suplementación animal sucesivos demostraron la capacidad de Actigen para ayudar a los animales a alcanzar su potencial genético, pero sin la confirmación de la nutrigenómica su valor biológico podría haber tardado meses o años. A diferencia, se logró en semanas. Científico principal: Dr. Colm Moran
6. Somos lo que comió nuestra madre - La ciencia de la Epigenética
La epigenética, o cómo un ambiente impacta la expresión de los genes heredados, es la próxima ciencia que promete revolucionar la forma en que pensamos sobre la nutrición. En este caso, lo que los padres comen y lo que los padres de sus padres comieron, afecta la expresión génica. Y no es únicamente la nutrición. Los estudios han demostrado que comer en exceso, comer poco, hacer ejercicio y fumar tienen beneficios potenciales o efectos nocivos en la siguiente generación o en generaciones posteriores.
Las cerdas gestantes en la granja de cerdos más grande del mundo fueron alimentadas con Actigen durante el último trimestre y demostraron beneficios epigenéticos. Las muestras de tejidos de sus descendencias demostraron cambios en la expresión génica que sugieren sistemas inmunológicos más fuertes y una mayor absorción de nutrientes. Entonces, como sugiere la epigenética simplemente alimentando a las madres con Actigen, sus cerdos estaban mucho mejor que aquellos cuyas madres no lo recibieron.
Los lechones más sanos crecerán mejor, serán más eficientes, tendrán sistemas inmunes más fuertes y menos probabilidades de enfermedades infecciosas. Mejor para los cerdos, mejor para los productores. Científico principal: Dra. Kristen Brennan
7. Nutrición programada: Condicionar la expresión génica
En la vida de la persona o el animal, los genes pueden ser condicionados; esto construyendo regímenes de alimentación específicos que preparan los genes con una dieta específica, de modo que cuando se suministra la segunda dieta esos genes se expresan de manera beneficiosa para el animal. Esto puede ser especialmente beneficioso en la industria ganadera, donde el ganado se cría y nace en un lugar y, normalmente, se intercambia tres o cuatro veces. Esto no anima a muchos productores a alimentar a su ganado a largo plazo. La nutrición programada muestra que al alimentar a los animales recién nacidos con niveles específicos y en momentos específicos, sus cuerpos pueden aprender mejor a utilizar y retener esos nutrientes. A medida que el animal crece, se vuelve más eficiente y requiere menos nutrientes que los animales que reciben suplementos en exceso.
Un ejemplo es Epnix. Siendo parte de un programa de alimentación para crear un condicionamiento genético, el momento de suministrar Epnix al ganado es fundamental. Se trata de un proceso en dos partes: la primera parte acondiciona el cuerpo del animal para utilizar mejor los nutrientes, y la segunda parte realmente le da los nutrientes óptimos.
Epnix es un programa de alimentación natural que puede mejorar positivamente el desempeño del ganado, la calidad de la carne e incluso reducir el impacto ambiental de la cría de ganado vacuno. Los animales alimentados con la combinación correcta de minerales traza orgánicos en el momento adecuado tendrán una mejor calidad y consistencia de la carne, así como también una mayor vida útil de anaquel. Cuando esté revisando los bistec y lomos en el supermercado, considere cómo se ve la carne; los animales más sanos ofrecen carnes más rojas y jugosas. Científicos principales: Dr. Vaughn Holder
8. Alimentación in ovo: Alimentar al huevo antes que al pollo
Normalmente, tarda 21 días desde que se pone un huevo hasta que nace, casi el mismo tiempo que tarda el pollo en crecer. Entonces, no es sorprendente que los productores se pregunten qué come un pollito cuando está dentro del huevo. No solo la clara del huevo, sino también las bacterias y las posibles infecciones son motivo de preocupación, así que si bien los antibióticos y los desinfectantes eran la norma, ahora nuestro interés está en la nutrición, los probióticos y los prebióticos.
Con el uso de la nutrigenómica, los científicos pueden ver qué sucede cuando se introducen diferentes nutrientes en los huevos, qué efectos tienen. Cuando se usa correctamente, in ovo (en latín “dentro del huevo”) los métodos de alimentación pueden ser una forma poderosa para controlar y prevenir enfermedades, así como de mejorar el desarrollo y la salud del animal.
Inyectar cuidadosamente los huevos no eclosionados, con pequeñas dosis de azúcar soluble en agua, llamado MR8, proveniente de una levadura probiótica, resulta en pollitos con sistemas inmunológicos más fuertes al nacer y sistemas digestivos más eficientes. Y no solo eso, sino que su incubabilidad aumenta con más pollitos nacidos y menor mortalidad en la primera semana. La nutrigenómica mostró un sistema digestivo en los pollos más desarrollado fisiológica y estructuralmente, ofreciendo al ave una buena ventaja en comparación con los pollos que no recibieron el azúcar.
La implementación de la alimentación in-ovo requiere máquinas especiales para su uso en incubadoras, donde se incuban miles de huevos, y la tecnología ya está llegando, por lo que el futuro de los pollitos es brillante. Científico principal; Dr.Rijin Xiao
9. Sirviendo salmón sin piojo de mar
El pescado nunca han sido más popular. De esta manera, la piscicultura o la acuicultura se han vuelto muy importantes, de hecho, ahora el pescado en su mayoría proviene más de granjas que de la captura marina. La acuicultura presenta desafíos para los productores, quienes manejan enfermedades y parásitos. Los piojos de mar, por sí solos, le cuestan a la industria acuícola un estimado de $1.000 millones de dólares al año. La amenaza de los piojos de mar para el salmón no es nueva y el salmón ha desarrollado su propia protección mediante la secreción de una capa mucosa que cubre sus escamas. Esto funciona, pero cuando los piojos de mar son lo suficientemente grandes, pueden afectar a los peces y, a veces, incluso matarlos.
Hasta ahora no existía ningún marcador genético para el salmón (el único disponible era para el pez cebra, ¡probablemente un pez que encontrará en la pecera de su hijo!). Este nuevo marcador genético del salmón permite a los investigadores probar todo tipo de cambios nutricionales desde una perspectiva nutrigenómica, y ya se han generado evidencias que muestran cómo reducir la amenaza de los piojos de mar en el salmón.
Los científicos han aprendido cómo aprovechar el sistema inmune natural de los peces. El Dr. Keith Filer y el equipo de investigación descubrieron cómo ayudar a los peces a producir más células productoras de mucosa, dificultando más la adherencia de los piojos de mar. Científico principal: Dr. Keith Filer
10. Reiniciando nuestro enfoque para la enfermedad de Alzheimer
Desde la perspectiva de los seres humanos, probablemente el trabajo más importante en el Centro de Nutrigenómica de Alltech sea con AT-001. Los estudios de nutrigenómica han indicado que los nutrientes que contienen selenio específicos tienen la capacidad de cambiar los procesos bioquímicos asociados con muchas enfermedades graves, como el Alzheimer u otras enfermedades neurodegenerativas.
En colaboración con el difunto Dr. William Markesbery, director del Centro Sanders-Brown para el Envejecimiento de la Universidad de Kentucky, Alltech comenzó a probar uno de esos compuestos, AT-001, y se evaluó utilizando un modelo de ratón bien establecido con la enfermedad de Alzheimer (AD), para evaluar sus efectos sobre la neurodegeneración.
AT-001 redujo la incidencia de grupos de proteínas mal plegadas, conocidas como placas amiloides, frecuentemente asociadas con la enfermedad de Alzheimer, un 45-50% de la placa en el cerebro de estos ratones con AD. Además, también se redujo la destrucción total causada por el daño oxidativo en el tejido cerebral de estos mismos animales. Por ejemplo, el daño oxidativo tanto en el ADN como en el ARN se redujo en un 35% y un 60%, respectivamente.
Por otra parte, pruebas en otras especies animales y otros tejidos, ha encontrado que AT-001 aumenta significativamente la actividad mitocondrial. Las mitocondrias son los orgánulos responsables de producir energía en las células y, por lo tanto, son esenciales para la vida. En la literatura científica, está bien documentado, que incluso pequeñas disminuciones en la actividad mitocondrial están relacionadas con la aparición de al menos 50 enfermedades diferentes.
Estos resultados iniciales han abierto un campo de investigación completamente nuevo, evaluando el impacto fisiológico de más de 100 subcomponentes individuales de AT-001. Tres pequeños compuestos de selenio han mostrado una actividad notable en cultivos celulares y modelos animales con diabetes tipo 2. Asimismo, se ha identificado y caracterizado el compuesto en AT-001 que es responsable de la reducción de las placas amiloides. En cuanto a AT-001 en sí mismo; actualmente se encuentra en ensayos clínicos de Fase II en humanos en una población de ancianos con riesgo a desarrollar AD. Científico principal: Dr. ZJ Lan
