Fonksiyonel Gıdaların Mitokondriyal Sağlık ve Mikrobiyotaya Etkisi Dr Fonksiyonel Gıdaların Mitokondriyal Sağlık ve Mikrobiyotaya Etkisi Dr.Fatih YILDIZ Mogan Uluslararası Araştırma Merkezi Gölbaşı, Ankara Gıda Mühendisliği ve Biyoteknoloji Bölümü, ODTÜ, Ankara 4.Ulusal Bağırsak Mikrobiyotası ve Probiyotik Kongresi 19-22 Ekim 2017 Papillon Zeugma Hotel, Belek, Antalya Probiyotik Prebiyotik Derneği (dernek@prebiyotik.org.tr ) Dr. Mediha Eldem Sokak No: 86/8 Ankara

SAĞLIKLI VE KALİTELİ YAŞAM Bireyler , Toplumlar, Ülkeler ve Dünya için en büyük idealdir.

Kuş gözü ile değil, Kuş bakışı dünya sağlık sektörü (son 200 yıl) 1. Sanayi Devrimi 1800 Mekanizasyon,Buhar ve su gücü 2. Sanayi Devrimi 1920 Kitlesel üretim,ve Elektrik 3. Sanayi Devrimi 1970 Bilgisayar ve otomasyon 4. Sanayi Devrimi 2000 Yapay Zeka, Gelişmiş robotlar, Şöförsuz araçlar, kuantum bilgisayarlar, İleri biyoteknoloji Sanayi devrimleri sonucu dünyada Bireylerin, toplumların, ülkelerin, yaşam tarzları değişmiştir. Yiyecek, içecek, giysi, barınma, ve şehirleşme ihtiyaçları kitlesel üretim yöntemleri ile karşılanır hale gelmiştir.

YENİ SEKTÖRLERİN ORTAYA ÇIKMASI 1.sanayi devrimi ile daha önce evde yapılan işler ; üç önemli sektör olarak ortaya çıkmıştır. Sağlık sektörüne önemli etkileri olan bu sektörler; Gıda Sanayi İlaç Sanayi Kozmetik Sanayileri kurulmuştur. Bu sektörler büyüyerek günümüzde devam etmektedir. (REKLAM SEKTÖRÜ) Tüm insanların mikrobiyotası ve mikrobiyomu değişmiştir.

SANAYİ DEVRİMLERİ SONUCU GIDA VE BESLENMEDE GELİŞMELER Temel Makrobesinler: Karbonhidrat,protein,yağlar ve fonksiyonları belirlenmiştir Gıdaları saklama teknolojisi (1.San.Dev.) Enfeksiyon hastalıkların eradikasyonu ve gıda güvenliği sağlanmıştır Pastörizasyon, sterilizasyon (2.San.Dev.) Mikrobesinler, vitamin mineraller ve gıdaların zenginleştirilmesi İyotlu tuzla(1910) başlamış, folik asitle zenginleştirme(1998) (3.San.Dev.) Kronik hastalıkların yükselişi : Günümüzde kronik hastalıkların en yaygın olanları; Kalp damar ve dolaşım sistemi hastalıkları, Kanserler, ve Nörodejeneratif hastalıklardır. (4.San. Dev.)

SAĞLIK SEKTÖRÜNDE GELİŞMELER Geçen 200 yıllık sanayi ve teknolojideki gelişmeler sonunda İnsanlarda eski çağlara göre ortalama boy ve kilolar artmış Salgın hastalıklar kontrol altına alınmış Enfeksiyon hastalıkları Antibiyotiklerle azaltılmış Daha önce tedavi edilemeyen yüzlerce hastalık tedavi edilebilir olmuş Sağlıklı insan ömrü eski çağlara göre daha uzamıştır Son 50 yılda obesite ve kronik hastalıklarda artışlar olmuştur 4.Sanayi Devriminde kronik hastalıkların tedavisi araştırmaları devam etmektedir.

KRONİK HASTALIKLAR VE NEDENLERİ (Moleküler ve Hücresel Düzeyde) Yaygın Kronik Hastalıklar İlk başlangıç Nedenleri Tedavi yöntemleri Kalp, Damar, ve Dolaşım sistemi Hastalıkları Serbest radikallerin başlattığı Koroner Arterde plak oluşumu ve İnflamasyonu Cerrahi yöntemler, İlaçlar, Fizyoterapi Kanserler Serbest radikaller, oksidasyon Mutasyon(Nükleer ve mtDNA) Mitokondrial Metabolik hastalık, inflamasyon Cerrahi yöntemler, Kemoterapi(ilaç) , Radyoterapi, Fizyoterapi Sinir Sistemi, Nörolojik ve Nörodejeneratif hastalıklar Serbest radikaller, Oksidatif stres ve İnflamasyon, ve nöronların yıpranması İlaç, psikoterapi, Fizyoterapi ve cerrahi yöntemler

TAMLAYICI, ÖNLEYİCİ, DESTEKLEYİCİ REHABİLİTATİF VE ALTERNATİF TEDAVİ YÖNTEMLERİ Yaygın Kronik Hastalıklar Tamamlayıcı ve Alternatif tedavi yöntemleri Mitokondri sağlığı Uygun biyoaktif gıdalar, su ve aktif spor, yaşam tarzı Kalp, Damar, ve Dolaşım sistemi Hastalıkları Meyve Sebzeler. Günlük Besinin % 80 sebzelerden %20 diğer tüm gıdalar olmalıdır. Mitokondri Disfonksiyonu Erken tanı için test edilmelidir. Polifenoller,Antioksidan enzim, mineral ve vitaminler ve günlük spor, Yaşam tarzı Kanserler Mitokodri disfonksiyonu Polifenoller,Antioksidan enzim, mineral ve vitaminler,günlük spor, Uygun yaşam tarzı Sinir Sistemi, Nörolojik ve Nörodejeneratif hastalıklar Mitokondri disfonksiyonu Polifenoller,Antioksidan enzim, mineral ve vitaminler, spor ve yaşam tarzı

Hücre ve Mitokondrinin yapısı

MİTOKONDRİNİN YAPISI Mitokondri, İnsanın alyuvarları hariç her hücresinde bulunan çift membranlı organeldir. Hücrenin, organların ve insanın enerji kaynağıdır. Mitokondri besinlerin Oksijen(1200 L O2/gün/kişi) ile metabolize edildiği ve yaşam için gerekli olan enerjinin % 95 nin ATP(Adenosin Trifosfat) olarak açığa çıktığı hücre içi yapıdır. En çok enerjiye ihtiyaç duyulan; kalp, beyin, kas, karaciğer,böbrek hücrelerinde 100-2500 adet mitokondri bulunmakta ve genetik olarak sadece anneden çocuklara geçmektedir. Mitokondri 37 gen kodlayan ve diğer tüm hücre içi yapılardan farklı, hücreden bağımsız mitokondrial DNA sı vardır.

MİTOKONDRİNİN FONKSİYONLARI Gıdaların, mitokondride metabolizması sonucunda, ATP, Karbon dioksit, su, ve serbest radikaller ortaya çıkmaktadır. Antioksidan vitaminler(A,C,E), mineraller(Fe,Cu,Zn,Se) ve enzimlerin (SOD,GPX,GPR,CAT), mitokondride etkileri ile serbest radikaller(ROS) (Hidroksi radikaller (-OH), Superoksid anyonlar (O-2), Hidrojen peroksit (H2O2) ve (RNS) nitrik oksit (NO.) peroksinitrit (ONOO.), azot dioksid (NO2) nötralize edilerek kronik hastalıkların önlenmesi araştırmaları devam etmektedir.

Oksidasyon Kaynakları:ROS ve RNS (Serbest Radikaller) Endojen oksidan Kaynaklar Eksojen oksidan Kaynaklar Mitokondri UV Işık Peroksizomlar Radyasyon Sitokrom p450 Sitokinler NADPH oksidaz enzimi Patojenler Siklooksigenaz (COX) Enzimi Reaktif oksijen radikalleri(ROS) Reaktif Azot Radikalleri(RNS) Oksidanlar Nükleer ve mtDNA Moleküllerinde Mutasyon, Protein ve Lipid Moleküllerinde Hasar oluşturmaktadır.

MİTOKONDRİ, SERBEST RADİKALLER (ROS,RNS) VE HASTALIKLAR Membran ve mtDNA yapısı dolayısıyla,hücre içi ve hücre dışı olumsuz faktörlerden en önce etkilenen Mitokondri olmaktadır. Dengesiz serbest radikaller (ROS) hasarlı mitokondri tarafından üretilmektedir. Bu ise nükleer DNA’da ve mtDNA’da mutasyona neden olmaktadır. Kanser, Kalp-damar hastalıkları, nörodejeneratif hastalıkların ilk başlangıcına neden olmaktadır. Mitokondri disfonksiyonları, mtDNA mutasyonu, ve mitokondrial membran hasarları, yapılan analizlerle tesbit edilebilmektedir. Bu ise kronik hastalıkların önceden habercisi olma niteliğindedir.

MİKROBİYOTA VE BAĞIRSAK MİKROBİYOTASI Mikrobiyota ; insan vücudunda çeşitli bölgelerde kolonize olarak yaşayan tüm, bakteri, küf, maya, virus, protozoa ve arkeobakterileri kapsamaktadır. İnsan Mikrobiyomu ise tüm organizmaların genomunu(bakteriyel çeşitliliği) ifade etmektedir. Bağırsak mikrobiyota ( ağırlığı 200 g olarak tahmin ediliyor) ise çok sayıda ve en az 500-1000 ve daha fazla mikroorganizma çeşidinin yaşadığı bir ortamdır. Bu organizmaların dengeli kommensal,ve simbiyotik olarak bağırsak ortamında bulunmaları, konakcı için çeşitli yararlar sağlamaktadır.

BAĞIRSAK MİKROBİYOTASININ FONKSİYONLARI Bağırsak yüzey epitel hücrelerin rejenerasyonunu, ve mukus üretimini ile dokuyu sağlıklı tutmaktadır. K vitamini ve PQQ Pirologuinolin guinon sentezlenmesinde Kısa zincirli yağ asitleri sentezi (SCFA; Formik asit , Asetik asit , Propionik asit Butirik asit ,Valerik asit , Kaproik asit) üretimi ile diğer organlara besin sağlar. Patojen bakteriler için fiziki engel oluşturur. Bağırsak mikrobiyotası, konakcı tarafından metabolize edilemeyen besinlerin, (seliloz,lignin gibi), ilaçların ve toksinlerin metabolizmasında, absorbe edilmesinde, atılmasında, Bağışıklık sisteminin gelişmesinde,anjiyogenezde, patojen bakteri enfeksiyonlarını ve kronik hastalıkları önlemede, enflamasyonu kontrol etmede yararlıdır.

PROBİYOTİKLER VE KRONİK HASTALIKLARI Probiyotiklerin metabolizma sonucu sentezledikleri Glutatiyon(GSH), Butirik asit(SCFA), Folik asit ve K vitamini Nükleer DNA ve mtDNA replikasyonunda, hasarların tamir edilmesinde, metilasyonunda ve normal fonksiyonunda gereklidir. Probiyotikler ; pestisitler ve diğer toksik maddeleri metabolize ederek mitokondride hasarı önlemektedir. Aynı zamanda mtDNA ve mitokondrial membran hasarını tamir eden metabolitleri sentezlemektedir. PQQ, CoQ , Ubiquinon gibi. Bakteriocin gibi bağışıklık sistemini güçlendiren moleküller sentezlemektedir. Kolin ve Serotonin biyosentezi ile sinir hücrelerini tamir etmektedir. Disbiyoz ile mikrobiyotanın bozulması sonucu bazı bakteriler H2S ve NO salınımı sonucu mitokondride respirasyon zinciri reaksiyonlarını inhibe etmektedir.

Fonksiyonel Gıdalar, Probiyotik ve Prebiyotikler Gıda Takviyeleri, Doğal Vitaminler, Süper Gıdalar Fonksiyonel Gıdalar ; bilinen ve bilinmeyen miktarda biyoaktif madde içeren; etkili, tanımlı ve toksik olmayan miktarda tüketildiğinde kılinik bulgularla doğrulanmış ve dökümante edilmiş kronik hastalıkları önleme, yönetme, ve tedavide sağlık faydaları, iyileşme veya benzeri son nokta biyomarkırları ile belirlenmiş doğal veya minimal işlenmiş gıdalardır. Fonksiyonel içecekler, nutrasötikler ve gıda takviye tabletleri benzer şekilde kullanılmaktadır.

Antioksidanlar:Endojen ve Eksojen olarak ayrılmaktadır. Eksojen Besin kaynaklı antioksidanlar : Vitamin A(Karotenoidler), C (askorbik asit) , E(α- tokotrienol) antioksidan kapasite artırıcı etki yapan D, K ve Folik asit vitaminleridir. Likopen, Selenyum,Çinko, Flavonoidler, Omega-3(EPA, DHEA, ALA) ve Omega- 6(Linoleik asit) yağ asitleri . Endojen Mikrobiyotada, Hücre ve mitokondride sentezlenen Antioksidanlar : L-Arjinin, Koenzim Q-10, Melatonin, PQQ(Pyrroloquinoline Quinone).

Antioksidan Enzimler(SOD,GPX,GPR,CAT) (Endojen enzimler) Super oksid dismutaz(SOD) dismutasyon reaksiyonu ile reaktif superoksid radıkalini Oksijen ve hidrojen perokside dönüştürür. Glutatyon Peroksidaz (GPX) hücreleri lipid ve hidrojen serbest radıkal hasarlarından, çevre kaynaklı zehirlerden korur. Katalaz enzimi(CAT) hidrojen peroksit radikallerini degrede ederek hücreleri hasarlardan(DNA Mutasyonu ve membran oksidasyonu) korur. Bu reaksiyonlar mitokondride, sitosolde,ve gerekli olan hücre bölgelerinde gerçekleşmektedir.

Mitokondri’yi güçlendiren fonksiyonel gıdalar Üzüm yaprağında, çekirdeğinde, ve meyvesinde bulunan resveratrol,(100-250 mg/gün), doğal L-Arjinin amino asidi içeren gıdalar(1-2 g/gün), alfa lipoik asitce(600-1200 mg/gün) yeterli gıdalar, kaparide bulunan quersetin(100 mg/gün) mitokondri sentezini artırmaktadır. Koenzim Q10(CoQ10) içeriği (50-300 mg/gün) PQQ yeterli olan gıdalar, ATP sentezini artırarak mitokondri fonksiyonunu artırmaktadır. Özellikle proteinli gıdalarla alınan iki amino asit grubu; sistin ve karnitin mitokondri sağlığında rol oynamaktadır: L-Karnitin ve N-Asetil-l-karnitin gıda takviyesi veya fonksiyonel gıda olarak alınır Sistin ve N-asetil sistin amino asitleri gıda takviyesi veya fonksiyonel gıda olarak alınır ve protein metabolizmasında mitokondri enzimi olan glutatyon enzimi sentezinde kullanılır.

Serbest radıkallerin Fonksiyonel gıdalarla nötralize edilmesi ROS Nötralize eden antioksidanlar Hidroksil radıkali Vitamin C, Glutatyon, Flavonoidler, Lipoik asit Superoksit radıkal Vitamin C, Glutatyon, Flavonoidler, SOD Hidrojen Peroksit Vitamin C, Glutatyon, beta-karoten, Vitamin-E, flavonoidler, lipoik asit Lipid peroksidleri Beta-karoten, Vitamin-E, Ubiquinone, flavonoidler, Glutatyon peroksidaz

Mitokondri Analizleri ve Sağlığı Laboratuvarı Mitokondri replasman teknikleri Yumurtada mitokondri temizleme teknikleri ATP Profil testi Kas ve Karaciğer biyopsisinde mitokondri testleri Glutatyon enzimi ve mitokondrial enzim aktivite testleri Oksijen kullanım testi ile Mitokondri fonksiyonu ölçümü testleridir. Bu testler ile mtDNA, mt membran hasarları ve mitokondri biyogenez hızı test edilmektedir.

KAYNAKLAR : Sayfried N. Thomas (2015) Cancer as mitochondrial metabolic disease. Frontiers in Cell and Developmental Biology. www.frontiersin.org. Volume 3 Article 43 pages 1-12. Sai Manasa Jandhyala, Rupjyoti Talukdar, Chivkula Subramanyam, Harish Vuyyuru, Mitnala Sasikala, D Nageshwar Reddy(2015) Role of the normal gut microbiota. World J Gastroenterol 2015 August 7; 21(29): 8787-8803. P. Michel, A. Dobrowolska , A. Kicel , A. Owczarek , A. Bazylko , S. Granica , J. P. Piwowarski and M. A. Olszewska(2014) Polyphenolic Profile, Antioxidant and Anti- Inflammatory Activity of Eastern Teaberry (Gaultheria procumbens L.) Leaf Extracts. Molecules , 19, 20498-20520; doi:10.3390/molecules191220498 . World health statistics 2016: Monitoring health for the sustainable development goals. WHO Publication. Yildiz Fatih(2010) Advances in Food Biochemistry., CRC Press,Taylor & Francis Group, London, Sayfa 239-289,sayfa 313-339. Yildiz F.,Wiley R.C.(2017) “Minimally Processed Refrigerated Fruits and Vegetables” Book Edited by, Yildiz and Wiley. Springer Verlag, New York, pages: 8-25.

Infographic Biography of Prof.Dr.Fatih YILDIZ Dr.Yildiz was born in Erzurum and graduated from Erzurum High School in Turkey. Dr.Yildiz studied and got BS at University of Wisconsin. He got MS and Ph.D degrees from University of Maryland. He also worked as a Faculty member for 5 years at the UM in USA.

Prof.Dr.Fatih Yıldız worked as teacher, researcher, research director, and founder at the Middle East Technical University(METU) for 38 years, in Chemical Engineering, Food Engineering, Biochemistry and Biotechnology departments. He was teacher for more then 5000 students at all levels, BS, MS, Ph.D., and higher. Dr.Yildiz published 160 research and review papers, receiving more then 1250 citations. He also published 7 scientific books which were the first book in the field. Currently, he is the founding director of Mogan International Research Center in Ankara and continues to his scientific activities. fatih@metu.edu.tr , yildizclean@gmail.com