Нова ера досліджень харчових продуктів перетворює ці емпіричні знання на науково обгрунтовану молекулярну науку, оскільки компоненти їжі взаємодіють з нашим організмом на рівні системи, органів, клітин та молекул. Сучасні дослідження в галузі харчування та здоров’я зосереджені на зміцненні здоров’я, запобіганні або затримці початку хвороби та оптимізації роботи протягом усього життя. Ці цілі вимагають цілісного підходу (людини в цілому), оскільки покращення харчування одного аспекту здоров'я не повинно бути порушене погіршенням іншого.

нутригенетиці

Дієтичні компоненти містяться у складних сумішах, і тому не тільки концентрації окремих сполук, але й взаємодія між ними впливає на біодоступність та біоефективність кінцевого інгредієнта.

Білки є ключовими гравцями практично всіх біологічних процесів в організмі людини. Протеоміка - центральна платформа в нутрігеноміці, яка прагне цілісно зрозуміти, як виражається наш геном у відповідь на дієту.

Нутрігенетика фокусується на нашій генетичній схильності та сприйнятливості до дієти і може бути використана для розшарування груп людей, які були залучені до досліджень харчових втручань, та для відокремлення респондентів від тих, хто не відповів, серед цих людей.

Епігенетика охоплює дослідження біохімічних модифікацій, які не модифікують послідовність дезоксирибонуклеїнової кислоти (ДНК) як у самій ДНК, так і в ДНК-зв'язуючих білках, і, схоже, забезпечує формат для імпринтування.) Метаболічний, який може тривати протягом життєвого періоду протягом усього життя або навіть успадковуватися від одного покоління до іншого. Тут також відіграє роль протеоміка, яка може ідентифікувати поступальні модифікації (наприклад, ацетилювання) білків, що упаковують ДНК, і тому може допомогти розшифрувати так званий гістоновий код.

Протеоміка в харчуванні визначає та визначає кількісно біоактивні білки та пептиди, одночасно відповідаючи на питання харчової біоефективності шляхом з’ясування білкових та пептидних маркерів. Протеоміка постачає біоактивні речовини та біомаркери.

Ми використовуємо геномні платформи, такі як транскриптоміка, протеоміка та метаболоміка, щоб продемонструвати дієтичну дієтичність; ми використовуємо генетичні методи для виявлення схильності та сприйнятливості; і ми застосовуємо епігенетику для розуміння метаболічного програмування та імпринтингу.

Обмежувальним аналітичним викликом у протеоміці є не точність маси (в даний час на рівнях нижче проміле), а також роздільна здатність маси (в даний час на рівні сотень тисяч) або абсолютна чутливість (в даний час на рівнях атомолярного діапазону [аМ або 10 -18 молярних]) маси. спектрометри, але в динамічному діапазоні концентрацій білка (оцінюється, наприклад, у 10 12 в крові людини), що призвело до недостатнього відбору проб, надмірності та невідтворюваності при ідентифікації та кількісному визначенні білка.

Сучасні протеомічні платформи на основі мас-спектрометрії (МС) можуть виконувати динамічний діапазон 10 4. Це означає, що залишковий і недоступний протеом з меншим вмістом повинен визначатися виснаженням найпоширеніших білків (наприклад, система видалення множинних спорідненостей, яка спеціально видаляє від 7 до 14 вищих білків у плазмі) або шляхом селективного збагачення білка. Низька кількість (наприклад, методом іммобілізованої афінної хроматографії металу або методом діоксиду титану для фосфопротеїнів, лектинів, а також методом захоплення клітинної поверхні для глікопротеїнів).

Сучасними засобами кількісного визначення білка є гель або РС. Кращим стандартом для 2DE-протеоміки є кількісне визначення диференціального гелевого електрофорезу (DIGE) з диференціальним фарбуванням відокремлених білків та аналіз зображення. Як альтернатива DIGE і сумісні з онлайн-рідинною хроматографією (LC) -MS/MS, стабільні ізотопи можуть бути введені за відповідних умов.

Ці методи мічення можна проводити на білках (наприклад, AniBAL [маркований аніліном та бензойною кислотою]) або пептиді (наприклад, ICAT [кодований ізотопом тег спорідненості], iTRAQ [ізобаричні мітки для відносної та абсолютної кількісної оцінки] або TMT [ізобаричні мітки] (мітка тандемної маси)]) і може бути введена хімічно у зразок (ICAT, iTRAQ, TMT або AniBAL) або метаболічно живлячі клітини або навіть дрібних тварин (наприклад, мишей та щурів) з міченими ізотопом амінокислотами, стабільними в культурі клітин (SILAC). Показники кількісної оцінки можна отримати на MS-ICAT, SILAC та AniBAL) або MS/MS (iTRAQ та TMT).

Хоча, з одного боку, переважно вводити ярлик якомога раніше в робочий процес, щоб максимізувати спільну обробку випадків та контролю та мінімізувати упередження (досягнуте у випадках метаболічних методів SILAC та хімічної речовини AniBAL), з іншого З іншого боку, може бути вигідно не маркувати, щоб мати можливість безпосередньо порівняти зразки без змін. Тому були розроблені так звані підходи, що не містять міток, які виконують спектральний підрахунок пептидних призначень для напівкількісного аналізу або порівнюють пікові інтенсивності самого пептиду шляхом перекриття циклів LC-MS контрольних та зразків.

Особливо в харчуванні також бажано отримувати інформацію про абсолютну кількість білків, присутніх у даному зразку: доведеною основою біодоступності та біоефективності інгредієнта є його абсолютна кількість у вихідній харчовій матриці, а також у відповідному органі рідини та тканини.

Цільова та мультиплексована версія на рівні пептидів називається підходом до абсолютної кількісної оцінки (AQUA), варіант на рівні білка описується як QConCat (штучно експресовані білки, що складаються з пептидів зі стабільним кодом ізотопу, що представляють кількісно визначені білки) або стандартний абсолютна кількість білка (PSAQ, піки міченого білка, що цікавить).

Аналогічна стратегія масштабного протеому з визначенням та синтезом мічених унікальних ідентифікаційних пептидів для всіх білків відома під поняттям "протеотипні" пептиди. Як позначений протеотипний пептидний стандарт, так і його нетегований аналог дикого типу, як правило, ідентифікуються та визначаються кількісно за допомогою режиму отримання, орієнтованого на MS/MS, відомого як моніторинг "вибраний" або "множинна реакція". Ці методи можна розуміти як ІФА (імуноферментний аналіз), заснований на високій чутливості та мультиплексованому РС, який не залежить від розпізнавання білкових епітопів на основі тривимірної структури.

Застосування протеоміки в галузі харчування включає дієтичні втручання, з'ясування імунопов'язаних кишкових розладів, характеристику функціональних інгредієнтів (таких як пробіотики в молоці або соєвих білках, серед багатьох інших) або дослідження порушень в енергетичному обміні (таких як діабет та ожиріння).

Опубліковано численні статті про дослідження харчових втручань та про механістичне з’ясування дії поживних речовин. Однак харчування є відносно молодим напрямком протеоміки порівняно з клінічним та медичним застосуванням.

Розвиток і успіх протеоміки в харчуванні та здоров’ї залежатимуть від кількох факторів:

♦ Платформи протеоміки, незалежно від їх застосування, отримають користь від постійного вдосконалення методів розділення білків/пептидів, кращих методів зменшення та збагачення, а також більш конкретних та чутливих методів секвенування та визначення маси.

♦ Аналітична стратегія має великий потенціал для поліпшення результатів: інтелектуальне фокусування на підгрупах протеомів, на клітинному рівні органел, підкласі білка або мас-спектрі (протеотипні пептиди та вибраний моніторинг реакцій) дасть менш складні протеоми і одночасно більше інформація про глибину в молекулярних мережах.

♦ Покращення, пов’язані з платформою, поширюються і на біоінформатику (інструменти для оцінки якості даних та перетворення їх у інформацію, що інтерпретується). Поточні "прогалини" в наборах даних omic можна зрозуміти шляхом реконструкції регуляторних маршрутів та мереж, навіть за наявності фрагментованих даних. Якщо ці інструменти реконструкції мережі та з'ясування мотивів будуть успішними, вони також можуть пролити світло на терміни "відтворюваність" та "порівнянність" досліджень оміки; Замість того, щоб шукати однакові регульовані транскрипти/білки/метаболіти у відповідних дослідженнях, можна зосередитися на загальних мотивах цих наборів даних.

♦ Протеоміці виграє перехресна кореляція з аналізом експресії генів та профілюванням метаболітів. Однак взаємопов’язані терміни експресії генів та білків, а також генерування метаболітів ще не зрозумілі. Одним із можливих рішень є визначення білкової акреції (балансу між синтезом та деградацією) у протеомічному масштабі; Замість того, щоб робити протеомічні "знімки", тепер можна інтерпретувати зміни в кількості білка як спільний результат синтезу білка та деградації білка. Експерименти з нарощування протеомів, проведені зі стабільними міченими ізотопом амінокислотами, пептидами та білками, можуть забезпечити різну якість харчових біомаркерів.

♦ Генетична сприйнятливість може схилити людину до захворювання, спричиненого дієтою, та/або зробити цю людину більш-менш сприйнятливою до дієтичного втручання. Ідентифікація та характеристика метаболічно важливих нуклеотидних поліморфізмів (ОНП) має важливе значення для ідентифікації людей та груп населення з підвищеним ризиком, як це вже було зроблено для розвитку гіпертонії, атеросклерозу, метаболічного синдрому або функціональної диспепсії, серед інших.

♦ Епігенетичні зміни, такі як метилювання ДНК (приглушення генів) та ацетилювання гістону (структура хроматину), слід враховувати при тривалому вживанні їжі, оскільки ці механізми сильно впливають на транскрипцію та експресію генів.

♦ У людини зміни дієти являють собою досить тонкі втручання, часто з набагато меншими, ніж великі молекулярні зміни. Краще визначення груп людей, які піддаються дієтичним втручанням за допомогою генотипу та фенотипу, повинно забезпечити більш чіткі результати омічних застосувань.