Nutritional Genomics Prof. Dr. Sibel Karakaya

... konulu sunumlar: "Nutritional Genomics Prof. Dr. Sibel Karakaya"— Sunum transkripti:

1 Nutritional Genomics Prof. Dr. Sibel Karakaya
E.Ü. Mühendislik Fakültesi Gıda Mühendisliği Bölümü Beslenme Bilim Dalı

2 Yeni bir araştırma alanı: Nutritional Genomics
Nutritional genomics besin öğeleri ve beslenmenin etkilerini gen boyutunda araştıran yeni bir araştırma alanıdır. Amaç: Diyet ve beslenme ile ilişkili hastalıkların önlenme potansiyellerini araştırmak.

3 Beslenme ve gen bilimi ile ilgili terimler ve açıklamaları
Genome Bir organizmadaki genetik bilginin tümü Genomics Gen ve fonksiyonları ile ilgili çalışma alanı Allel Kromozom üzerinde belirli bir yerde bulunan bir genin değişik formları. Locus/loci Bir kromozomdaki bir genin bulunduğu yer. Genin adresi Nutrigenetics Biyoaktif bir diyet bileşeninin genetik materyalle bağlantı mekanizması üzerine yapılan çalışmadır. Ayrıca genetik varyasyonun bu biyoaktif bileşenler ile kişinin hastalık ve sağlık potansiyeli arasındaki ilişkiyi nasıl etkilediğini araştırır. Nutrigenomics Global populasyon düzeyinde biyoaktif gıda bileşenlerinin genome, proteome ve metabolome üzerine etkileri ile ilişkilidir. Nutritional Genomics Diyet ve yaşam tarzının moleküler, hücresel, organizma ve populasyon düzeylerinde nasıl etkili olduğunu araştırır.

4 Bir bitkideki loci ve alleller

5 Nutitional Genomics (Gen dayalı beslenmenin) dayanak noktaları
Diyet bazı bireylerde ve belirli koşullarda çok sayıda hastalık için risk faktörü olabilir. Diyetle alınan kimyasallar direkt veya indirekt olarak insan genomunu etkileyebilir ve böylece gen aktarımı veya yapısı değişebilir. Diyetin hastalık ve sağlık arasındaki dengeyi etkileme derecesi kişinin genetik doğasına bağlı olabilir. Diyet ile modüle edilen genler kronik hastalıkların ortaya çıkmasını ilerlemesini, insidansını ve şiddetini etkileyebilir. Diyete beslenme gereksinimi, beslenme durumu ve genotip (kişisel beslenme) bilgilerine dayalı olarak yapılan müdahaleler, kronik hastalıkları önleme, şiddetini azaltma veya tedavi etme amaçları için kullanılabilir.

6

7

8

9 Genetik bakış açısıyla beslenme
Senaryo: Bir çift. 50 yaşlarında bir erkek ve 60 yaşlarında bir kadın. Her ikisinin de ailesel öyküsünde erken yaşta kalp hastalığı nedeniyle ölüm var. Erkeğin babası 55 yaşında akut miyokard enfarktüsünden ölmüş. Kadın LDL kolesterolünü kontrol etmede güçlük çekiyor. Her ikisinin de beslenme öyküsü: Toplam yağ tüketimi  günlük enerji alımının % 30’u Çoklu doymamış yağ asidi tüketimi günlük enerji alımının yaklaşık % 5’ i Tekli doymamış yağ asidi tüketimi günlük enerji alımının yaklaşık % 17’si Doymuş yağ tüketimi günlük enerji alımının yaklaşık % 7’si Geleneksel beslenme anlayışına göre bu çiftin yağ tüketimi çok uygun! Ancak kadının genomu APOA1 geninde bir polimorfizm (genin birden fazla allel formunda olması) içermektedir

10 Genetik bakış açısıyla beslenme
APOA1 geni HDL kolesterolündeki major proteini kodlayan gendir. Bu gen lipid metabolizmasında merkezi bir rol oynar. Bu genin -75 pozisyonunda yerleşen özel GA (guanin- adenin) varyantı kişinin çoklu doymamış yağ asitlerine vereceği yanıtı etkilemektedir. GG alele sahip kadınların düşük miktarda (< enerjinin % 4’ü) çoklu doymamış yağ asidi alımına oldukça yüksek HDL kolesterolü ile karşılık verdikleri belirlenmiştir. Oysa GA alele sahip kadınların HDl kolesterolü için oldukça yüksek miktarda (> enerjinin %8’i) çoklu doymamış yağ asidi alımına gereksinimleri vardır. Kadınlarda saptanan bu gen-diyet interaksiyonunun erkekler için geçerli olmadığı saptanmıştır. Debusk RM, Fogorty CP, Ordovas JM, Komman KS, 2005, J Am. Diet Assoc, 105:

11 Kalp hastalıkları ve trigliserit, kolesterol ilişkisi:
Çalışmalar kalp hastalıkları riski ile toplam trigliserit ve kolesterol fraksiyonları arasında güçlü bir ilişki olduğunu göstermekle birlikte vücutta üretilen enflamasyon ajanlarının özellikle akut kardiyovaskuler hastalıklarla ilişkisi olduğunu göstermiştir. IL-1 (interlökin 1) alleline sahip bireylerin enflamasyona yatkınlıklarının yüksek olduğu ve enflamasyon nedeniyle üretilen bileşiklerin çeşitli kronik hastalıklara yol açtığı belirtilmiştir. Proenflamatuar IL-1 genotipin akut kardiyovaskuler hastalıklar ile ilişkili olduğu ve bu allele sahip kişilerin toplam kolesterol düzeyi yüksek olmamakla birlikte kardiyovaskular hastalık risklerinin arttığı belirtilmiştir.

12 Kan basıncı ve diyet lifi tüketimi
Örneğin, anjiotensinojen genindeki bir polimorfizm bir insanın kan basıncının diyet lifine karşı yanıtını belirlemektedir. Anjiotensinojen karaciğer proteinidir ve vaskular ton ile sodyum alıkonmasının artmasına neden olur. Bu genin bilinen protein polimorfizmi amino asit rezidü 235’te metionin yerine treoninin kodlanmasıdır. Tansiyonları normal seviyede olan 40 kişide yapılan bir çalışmada anjiotensinojen TT genotipine sahip kişilerde suda çözünmeyen lif miktarının artırılmasının kan basıncında azalmaya neden olduğu saptanmıştır. Suda çözünen lifin herhangi bir etkisi saptanmamıştır. Buna karşılık TM veya MM genotipine sahip kişilerde kan basıncındaki azalmanın diyet lifinin çeşidine bağlı olmadığı saptanmıştır. Trujillo E, Davis C, Milner J, 2006, J Am. Diet Assoc, 106:

13 Selenyum ve kanser Epidemiyolojik çalışmalar selenyum mineralinin kanser gelişimini önlemeye yardımcı olduğunu göstermiştir. Selenyum desteği alımının karaciğer, kolon, prostat ve akciğer kanserinin görülme sıklığında azalmayı sağladığı, ancak tüm bireylerde selenyum desteğine yanıtın benzer olmadığı saptanmıştır. Glutatyon peroksidaz enziminin 198 no’lu kodonundaki polimorfizm, prolin yerine lösin geçmesine ve buna bağlı olarak akciğer kanseri riskinin artmasına neden olmaktadır. Bunun nedeni henüz bilinmemektedir. Trujillo E, Davis C, Milner J, 2006, J Am. Diet Assoc, 106:

14 - Tokoferol, -karoten ve kanser
- Tokoferol ve -karoten üzerine yapılan bir kohort çalışmada prolin alleline sahip kişilerle kıyaslandığında bir kopya lösin alleline sahip kişilerin (prolin/lösin) akciğer kanseri bakımından % 80 daha fazla, iki kopya lösin alleline sahip kişilerin (lösin/lösin) % 130 daha fazla risk taşıdıkları belirlenmiştir. Trujillo E, Davis C, Milner J, 2006, J Am. Diet Assoc, 106:

15 ÖRNEK NEW Nutrilite® IL1 Heart Health Nutrigenomic Dietary Supplement Supports heart health for those who are IL1 positive This exclusive Nutrilite® IL1 Heart Health Supplement is the first and only natural supplement formulated to specifically address the phytonutrient needs of individuals who have an over expression of the IL1 gene, to help them maintain a healthy heart and cardiovascular system.* Now available in bottles. This product contains gluten. Product Description This exclusive Nutrilite® formula supports heart health. It is recommended if you have tested positive for variations in the IL1 gene. It helps balance IL1 gene expression and helps maintain normal C-reactive protein levels that are already within the normal range.* This unique combination of ingredients includes rosehips, grape stem and vine extract, blackberries, and blueberries, all powerful antioxidants. And this supplement is now available in bottles as well as in Customized Packets. *This statement has not been evaluated by the Food and Drug Administration. This product is not intended to diagnose, treat, cure, or prevent any disease.

16 Nanobilim ve Nanoteknoloji
Nanoteknoloji; yapıların, aygıtların ve sistemlerin nanometre skalasında dizaynı, üretimi ve uygulamalarını kapsar. Nanobilim ve nanoteknoloji materyallerin atomik, moleküler ve makro moleküler skalada kullanımıdır. Büyük partiküllerle kıyaslandığında birim kütle başına daha büyük yüzey alanı nano boyutundaki partiküllerin biyolojik olarak daha aktif hale gelmesine neden olmaktadır. Nanobilim ve nanoteknoloji nm veya daha küçük boyuttaki materyaller ile ilgilenir. Bu boyut aralığında materyalin davranışı değişmeye başlar. Bu nedenle nanobilim ve nanoteknoloji materyali moleküler veya atomik düzeyde anlayacak mühendislik yaklaşımını gerektirir. Nanoteknoloji nutrasötikler ve fonksiyonel gıdalarda geniş kullanım potansiyeline sahiptir. 70 nm boyutundaki parçacıklar akciğere, 50 nm boyutundaki parçacıklar hücreye kolaylıkla girebilmektedir. 30 nm boyutundaki partiküller ise kan/beyin bariyerini geçebilmektedir. Chau et al., 2007, Trends in Food Sci. & Technol. XX:1-12. Uskovic, 2007, Technology in Society, 29:

17 Materyalleri küçültmek sadece materyalin yapısının ve özelliklerinin bütünlük, kusursuzluk ve saflığında artışa yol açmaz, önemli değişikliklere de neden olur. ÖRNEK: Titanyum dioksit bir gıda boyasıdır. Kuvvetli beyazlığı, parlaklığı ve refraktif indeksinin yüksek olması özellikle yüzey kaplamalarında beyaz pigment olarak kullanımına olanak sağlamaktadır. UV radyasyona direnci nedeniyle gıdaların ambalajlanmasında kağıt ve plastik materyallerde dolgu partikülü olarak kullanılmaktadır. Şekerlemelerde kaplama materyali olarak kullanılmaktadır. Diğer renkte boyaların kullanıldığı pürelerde beyaz baz olarak kullanılmaktadır. Toz içecek karışımlarında bulanıklık sağlamak amacıyla kullanılmaktadır. Nano parçacıkları transparandır. Fakat UV direnç devam etmektedir. Nano parçacıkları güneş kremleri ve losyonlarında kullanılır.

18 Mevcut durum: 2006 yılı Mart ayında marketlerde 200 nano ürün bulunduğu  % 59 ve % 9’ nun sırasıyla “sağlık ve zindelik” ile “gıda ve içecek ürünleri olduğu belirlenmiştir. 2014 yılında gıda alanında nanoteknoloji uygulamalarının 20.4 Milyar $ a yükseleceği öngörülmektedir.

19 Kategori Farklı uygulama örnekleri Referans Gıda işleme Farklı mikrodalga frekansında patlayan nano kapsüllerin eklendiği gıda ve içecekler. Amaç: arzuya göre renk ve lezzet sağlamak ETC goup 2005 Suyun arıtılması INNI 2006 Ganoderma sporlarının ultra boyutta toz haline getirilmesi ve aktif bileşenlerin açığa çıkması Liu et al., 2005 Kızartma yağını rafine eden nanokeramik materyal Amaç: Kızartma yağının termal polimerizasyonunun inhibisyonu ve kötü kokunun uzaklaştırılması OilFresh, 2005 Nutrasötik-lerin salınımı Nano teknoloji hidrofilik bileşiklerin yağda hidrofobik bileşiklerin ise suda çözünebilmelerine olanak sağlamaktadır. Böylece karotenoidler, fitosteroller ve antioksidanlar gibi bazı fonksiyonel bilşenlerin suda ya da meyve sularında çözünmesi ve biyoyararlılığın artması Chen et al., 2006 IFST, 2006 USA ‘de FDA tarafından sentetik likopen nano parçacıklarının gıdalarda GRAS olarak kullanımlarına izin verilmiştir. CFSAN, 2005

20 Nanokapsüllerin; zorunlu yağlar, lezzet maddeleri, antioksidanlar, koenzim Q 10, vitamin ve minerallerin biyoyararlılığının artırılması amacıyla taşıyıcı olarak kullanımları El Amin, 2006 Aktif bileşenlerin nano parçacıklar ile enkapsülasyonu. Amaç: Oksidasyonu ve tat reseptörleri tarafından alımı önlemek Heller, 2006 Whey protein nano kürecikleri (40 nm). Amaç: Hücre tarafından kürecik halinde hücre içine alınıp parçalanması ve aktif bileşenin hücre içinde açığa çıkması ile biyoyararlılığının artırılması Chen et al., 2006 Chen et al., 2006, Food Technology, 3: ElAmin, 2006, ETC Group, 2005, Heller et al., 2006, Liu et al., J. Nanosci. & Nanotechnol.,5:

21 Akıllı gıdalar (Intelligent foods, smart foods)
Enerji ve besin öğelerini sağlamanın dışında bir veya daha fazla fonksiyona sahip olan Geleneksel gıdalarla asla ulaşılamayacak bir fonksiyonu yerine getiren Akıllılık özelliliğini sağlayan Özel kullanım amacıyla geliştirilmiş ancak daha sonra genel kullanım için uygun hale gelmiş olan

22 ÖRNEKLER: Yeni moleküler yapılar içeren gıdalar. Modifiye nişasta, yağ ikameleri, tatlandırıcılar vb. Fonksiyonel gıdalar. Probiyotik yoğurtlar, zenginleştirilmiş yumurta vb. Et analogları. Tekstüre sebze proteini, tofu vb. Enkapsülasyon teknolojisi. Enkapsüle lezzet maddeleri ve şekerlemeler Modern biyoteknoloji. Soya, domates, özel enzimler vb.