Kolíska zdravia - LMU Mníchov
Hľadanie stôp v krvi: Takzvaný metabolom dáva akúsi správu o stave metabolizmu. Pediatr Berthold Koletzko sa snaží z údajov vyčítať, ako veľmi ovplyvňuje strava dieťaťa jeho budúci život.
Štúdie Bertholda Koletzka ukazujú, že u kojených detí je menej pravdepodobné, že budú mať neskôr problémy s hmotnosťou. Foto: Jörg Lange/Picture Alliance
Nielen krv preteká našimi žilami, ale aj kokteil z viac ako 1000 rôznych chemikálií. Nebojte sa, patria tam, aspoň väčšina z nich. Sú to molekulárne stopy, ktoré so sebou život prináša. Sú to počiatočné, medziprodukty alebo konečné produkty ľudského metabolizmu, takzvané metabolity, ktoré cirkulujú v tele. Každý kúsok čokolády, každý klobásový chlieb, každý rybí sendvič a každá čučoriedka zanechávajú akýsi chemický odtlačok prsta. Uvoľňované v zažívacom trakte, živiny putujú do krvi a šíria sa od končekov vlasov po končeky prstov na nohách a sú absorbované bunkami. Enzýmy podnikajú niekoľko krokov na premenu alebo rozklad väčšiny živín na nové zlúčeniny na výrobu energie. Napríklad mastné kyseliny s krátkym reťazcom z rastlinných olejov sa zmenia na tie s dlhým reťazcom, ktoré si bunky nakoniec môžu zabudovať do svojich membrán.
Každá bunka nielen premieňa prichádzajúce živiny, ale sa aj dôsledne vyrába: napríklad nosiče chemickej energie, hormóny a ďalšie signálne molekuly. A potom existuje tretí zdroj metabolických produktov, ktorý sa ešte pred niekoľkými rokmi do veľkej miery ignoroval: baktérie, ktoré sa usadzujú v ľudskom čreve. Táto črevná flóra nielen pomáha tráveniu, ale riadi aj nespočetné množstvo procesov v tele. Mikroorganizmy trénujú imunitný systém a chránia nás pred autoimunitnými chorobami a alergiami. Ale tiež produkujú poslové látky, ako je serotonín, ktoré pôsobia na centrálny nervový systém a kardiovaskulárny systém. A dopĺňajú metabolickú aktivitu ľudských enzýmov. Napríklad cholín z mäsa sa pomocou črevných baktérií premieňa v niekoľkých reakčných krokoch na látku zvanú TMAO, ktorá znižuje pružnosť krvných ciev a môže viesť k ochoreniu srdca.
Týchto 1000 látok v krvi - a je ich pravdepodobne oveľa viac - vedie spolu k fyziologickému obrazu človeka, k druhu biochemického hlásenia o jeho stave, metabolických aktivitách - a o zdraví. Na základe „genómu“, ktorý popisuje všetky všetky gény, vytvorili vedci pojem „metabolome“, ktorý zahŕňa všetky metabolické procesy vrátane všetkých medziproduktov. Pre Bertholda Koletzka, ktorý vedie Oddelenie metabolizmu a výživy v Detskej nemocnici Hauner LMU-Klinikum, tieto stopy v krvi poskytujú dôležité informácie o vývoji chorôb.
Chemický „odtlačok prsta“ choroby
Pretože každá choroba mení typický metabolický vzorec človeka. Na metabolome tlačí svoj vlastný chemický odtlačok. Jedným z príkladov je silne kolísajúca hladina cukru v krvi diabetikov. Dnes sa diagnostikujú aj ďalšie choroby na základe ich charakteristických znakov v krvnom obraze. Patrí sem aj 14 vrodených metabolických a hormonálnych porúch, na ktoré je každé novorodené dieťa v Nemecku od roku 2005 rutinne testované. Tento skríningový program každoročne vyhľadá niekoľko stoviek novorodencov s týmito stavmi, ktorí sa potom môžu vhodne liečiť skôr, ako sa objavia prvé príznaky.
A je to rastúci počet vedcov, ktorí sledujú tieto stopy v krvi a pomocou nich v prvom rade skúmajú, ako choroby vznikajú. Detský profesor Koletzko sa napríklad snaží spolu so svojimi kolegami Francou Kirchbergovou, Christianom Hellmuthom a Olafom Uhlom vysvetliť, ako druh výživy v ranom detstve ovplyvňuje neskoršiu ústavu. Môže podporovať rozvoj metabolických porúch? Koletzko poznamenal, že miera rastu v prvých dvoch rokoch života naznačuje s istotou neskoršie riziko nadváhy a súvisiacich stavov, ako je cukrovka. „Teraz vieme, že rast veľmi závisí od výživy,“ tvrdí lekár. Tí, ktorí boli dojčení ako deti, majú tiež v priemere neskôr v živote nižšie hladiny cholesterolu a menej vaskulárnych usadenín, a sú tak lepšie chránení pred srdcovými a obehovými chorobami.
Predispozícia samozrejme zohráva tiež zásadnú úlohu v raste a zdraví, ale zásobovanie potravinami sa javí ako environmentálny faktor s veľkým vplyvom. „Vo veľkej štúdii sme videli, že dojčené deti a deti kŕmené z fľaše rastú veľmi odlišne.“ Koletzko má podozrenie, že by to mohlo byť spôsobené odlišným obsahom bielkovín. Ale možno iba jednotlivé zložky bielkovín ovplyvňujú rast až do školského veku. Iba nedávno publikoval Koletzkov tím randomizovanú štúdiu, ktorá ukazuje silný vplyv výživy v ranom detstve na dlhodobé zdravie. Po narodení dostali deti konvenčnú počiatočnú dojčenskú výživu s vysokým obsahom bielkovín alebo dojčenskú výživu s nižším obsahom bielkovín, čo sa viac blížilo zloženiu materského mlieka. Po diéte bohatej na bielkoviny pre kojenca bol index telesnej hmotnosti (BMI) významne vyšší v základnom školskom veku a riziko obezity upravené pre ďalšie ovplyvňujúce faktory bolo takmer trikrát vyššie ako po dojčenskej výžive s nízkym obsahom bielkovín.
Interakcia rôznych ovplyvňujúcich faktorov
S cieľom zistiť, ktoré látky majú najväčší vplyv na jedlo pre deti, skúma pracovná skupina metabolické vzorce v krvi detí a sleduje, aké zmeny v tele spôsobujú. „Metabolické programovanie“ je to, čo vedci nazývajú proces, ktorým sa nastavuje biologický smer pre budúci vývoj a život ako celok. Pretože to neurčujú iba gény, ktoré každý človek zdedí po svojom otcovi a matke, ako by sa verilo pred 15 rokmi, keď bol práve dešifrovaný prvý ľudský genóm. „V tom čase sa stále verilo, že gény formujú predovšetkým fyzikálne vlastnosti,“ hovorí Koletzko. Dnes je jasné, že to robia iba v interakcii s environmentálnymi faktormi, ako je strava. „Ak napríklad diagnostikujeme cystickú fibrózu u dieťaťa, nemôžeme vôbec predpovedať priebeh ochorenia iba pomocou genetického testu. Iba teraz začíname chápať, ako tieto interakcie s ostatnými ovplyvňujúcimi faktormi fungujú. ““
Aké sú to však faktory? Prinajmenšom u včiel už možno na túto otázku jasne odpovedať: Jedlo, ktoré larvy kŕmia, rozhoduje o tom, či sa z nich vyvinú robotníci alebo kráľovná. Ak získate na 13 dní obzvlášť bohatú na bielkoviny bohatú kŕmnu šťavu, ktorá sa predáva v mnohých obchodoch so zdravou výživou pod menom Royal Jelly, stanú sa z vás kráľovné. Ak dostanú toto tajomstvo od včiel robotníc, ktoré sa kŕmia, iba tri dni a potom med a peľ, stanú sa robotníkmi. Dlhý čas sa predpokladalo, že určité látky v materskej kašičke boli príčinou premeny na kráľovnú. V skutočnosti je to skoré kŕmenie peľom a medom, ktoré zaisťuje, že gény v genetickom materiáli lariev sú deaktivované metyláciou epigenetickej DNA takým spôsobom, že sa vyvinú pracovníci, a nie kráľovné. Inými slovami: v každej včele je kráľovná. Objavuje sa však až vtedy, keď sa podáva špeciálna skorá strava.
Látky v krmive tak spúšťajú biochemické signálne dráhy, ktoré zaisťujú dlhodobé zapínanie a vypínanie génov. Tento epigenetický jav sa pozoruje aj u ľudí. „V observačnej štúdii bola strava na začiatku tehotenstva spojená s epigenetickými vzorcami, ktoré predpovedali obsah tuku v tele detí v školskom veku,“ hovorí Koletzko. Lekár má podozrenie, že metabolické podmienky v materskom organizme vyvolané výživou sú dôvodom, prečo sa epigenetické podpisy prepisujú na časti genómu dieťaťa. Stále by sa však mohlo ukázať, že táto hypotéza nie je životaschopná.
Znalosti pre preventívnu podporu zdravia
Čo molekulárne mechanizmy spôsobujú epigenetické zmeny a aké účinky majú rôzne diéty, je dôležitá výskumná otázka, na ktorej Koletzko a jeho pracovná skupina úzko spolupracujú s Evou Lattkou a Sonjou Zeilinger z Helmholtzovho centra pre životné prostredie a zdravie v Neuherbergu. „Vedieť o tom by mohlo potenciálne výrazne zlepšiť preventívnu podporu zdravia.“ V neposlednom rade vo veľkom projekte financovanom Európskou radou pre výskum (ERC) vo výške približne 2,5 milióna eur je Koletzkovým deklarovaným cieľom riešenie kľúčových otázok týkajúcich sa regulácie rastu detí. objasniť a prispieť k lepším stravovacím odporúčaniam.
Metabolickí vedci už dnes vedia, že váha matky má vplyv aj na neskoršiu váhu jej detí. Toto pozorovanie možno jasne opodstatniť, aj keď sa ešte len začína chápať, ktorá molekulárna dráha je narušený metabolizmus matky vtlačená do biologickej pamäte jej detí. Bolo by však veľkým prínosom poznať látky, ktoré môžu chrániť pred chorobami. Rovnako ako faktor v materskom mlieku, ktorý zrejme chráni pred obezitou a inými ochoreniami. Koletzko už má konkrétne podozrenie a plánuje štúdie, ktoré by jeho podozrenie mohli potvrdiť.
Koletzko tiež skúma účinky výživových a metabolických faktorov po perinatálnom období. Jednou z otázok je, či konzumácia rýb s vysokým obsahom tuku s vysokým obsahom omega-3 mastných kyselín s dlhým reťazcom ovplyvňuje mozgové funkcie detí. V randomizovanej štúdii dostávali rodiny s malými deťmi pripravené jedlá s morskými rybami alebo bez nich. Na začiatku a na konci štúdie sa deti zúčastňujú štandardizovaného testovacieho programu, na ktorom sa zvyčajne veľmi zabávajú a ktorý je určený na zaznamenávanie možných účinkov. Tu sa pracovnej skupine podarilo zmerať metabolické účinky stravy z výterov zo sliznice tváre, ktoré boli pre deti úplne neškodné.
Osobitnou výzvou pre Koletzka a jeho zamestnancov je vyhodnotenie veľmi rozsiahlych súborov údajov, ktoré sa získavajú pomocou moderných, veľmi citlivých analytických metód. Z každej vzorky krvi od dieťaťa zúčastneného na štúdii možno kvantifikovať asi 250 rôznych metabolických látok. Zhromaždené genetické a epigenetické údaje sú ešte rozsiahlejšie. „Jednou z ťažkostí je, že si nesadnete k náhodným rozdielom medzi vzorkami krvi, ale skôr identifikujete tie, ktoré majú skutočne biologický význam,“ hovorí lekár. Vyhodnotenie je veľmi zložité, a preto je kvalita analýzy údajov obzvlášť dôležitá.
Ak sa pokúsite nakresliť ľudský metabolizmus ako schému zapojenia, objaví sa mätúca sieť chemických reakcií, ktoré sú niekedy navzájom prepojené pomocou medzikrokov. Zatiaľ nie je možné zaznamenať všetky procesy súčasne. Vedci sa preto zameriavajú na pomerne malé časti biochemickej siete, nikdy však nesmú stratiť zo zreteľa celkový obraz metabolizmu. Iba tak sa môžu naučiť, ako si aj po 70 rokoch telo človeka pamätá, čo sa stalo v prvých týždňoch jeho života.
Hanno Charisius (výskumný časopis Insights 1/2014)
Prof. Dr. Berthold Koletzko je profesorom pediatrie, vedie Katedru metabolickej a výživovej medicíny Dr. von Haunersche Detská nemocnica Kliniky LMU a je členom Centra pre pokročilé štúdium LMU. Koletzko, narodený v roku 1954, vyštudoval humánne lekárstvo na univerzite v Münsteri. Jeho odborná príprava v odbore pediatrická a adolescentná medicína ho zaviedla okrem iného na kliniky v Južnej Afrike, Tanzánii a Kanade. Habilitoval sa na univerzite v Düsseldorfe. V roku 2012 mu Európska rada pre výskum udelila grant pre pokročilých vyšetrovateľov.