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1H-NMR dietético “impressões digitais” podia ajudar a lutar contra a doença crónica

Thought LeadersDr. Isabel Garcia-Perez
Prof. Gary Frost
Prof. Elaine Holmes
1H-NMR Metabolic urine profiling could provide an approach to understand what people have been eating, without them needing to tell you. Here, researchers from Imperial College London, Prof Gary Frost, Prof Elaine Holmes, and Dr. Isabel Garcia-Perez, explain why this could be invaluable to both nutritional research and individuals.

Que estão os problemas de saúde focos dessa seus pesquisa ligada?

Uma das edições grandes enfrentadas actualmente no mundo inteiro é a elevação em doenças noncommunicable. Esta série das doenças é ligada à maneira que nós escolhemos viver nossas vidas, e um dos factores os mais grandes naquele é o que nós escolhemos comer. Uma dieta insalubre foi destacada como um problema grave na maioria destas doenças, tais como a obesidade, o cancro, doenças cardiovasculares, e tipo - diabetes 2.

Calcula-se que haverá 629 milhão adultos com diabetes no ano 2045. A grande maioria do diabetes é tipo - diabetes 2. Este é um problema do estilo de vida; aumenta quando a obesidade aumenta na população do fundo. E um interesse grande é a elevação no diabetes em países baixo-à-médios da renda. Há um problema enorme no mundo sobre a maneira que nós escolhemos viver nossas vidas e a maneira que nós seleccionamos o alimento que nós comemos.

Estas doenças não mostram nenhum sinal de retardar. Nenhum país no mundo pôde inverter a elevação na obesidade. Houve um aumento maciço em doenças do estilo de vida sobre muito poucos anos. Assim, este não é um problema genético; este é um problema ambiental. É devido à mudança vasta em nossos estilos de vida e ao aumento nos alimentos energia-densos que nós escolhemos comer. Agora 30% da população global são excesso de peso e obeso, e esta é esperada aumentar.

Crédito de imagem: Shutterstock/Natalia Lisovskaya

Que são as barreiras a tratar estas edições?

A raça humana fez muitas descobertas grandes, mas a uma coisa que nós não rachamos está compreendendo o que os povos comem em seu ambiente familiar. No momento em que, é um mistério total sobre o que os povos escolhem comer em uma base do dia a dia em seu ambiente familiar. Isto é fundamental importante porque, a menos que nós pudermos obter esta compreensão, é muito difícil ligar taxas da doença para fazer dieta. É igualmente muito difícil compreender o sucesso de uma política, porque você não conhece o que os povos estão comendo em uma base do dia a dia.

Um dos grandes desafios na nutrição é fixar este problema. Nós queremos responder à pergunta: “O que são nós que comemos realmente?” Nossas ferramentas actuais que nós nos usamos para tentar e respondem que esta é arcaica. São as ferramentas que estiveram ao redor por sobre um século agora. O registro dos povos o que tem que comer, e aquele são processados então usando o software. O problema com este é que há uns erros ao longo do caminho. Um do mais grande é em torno do que os povos escolhem o deixar saber que comem. Há em algum lugar entre um 33% a uma taxa de erro de 80% no relatório dietético em algumas das séries de dados grandes que nós temos, que os governos se usam para fazer a decisões na política sanitária pública.

O que nós fizemos durante os últimos seis ou sete anos é olhar se nós podemos usar o metabolito 1H-NMR que perfila na urina para nos dar a introspecção na dieta.

Como você desenvolveu esta 1técnica de perfilamento metabólica de H-NMR?

Nós começamos executando um ensaio clínico onde nós puséssemos povos sob a fiscalização para se certificar que tiveram a aderência 100% a nossa dieta. Nós mandamos 19 participantes saudáveis seguir, em um pedido aleatório, quatro dietas diferentes com os níveis diferentes de aderência às directrizes dietéticas do WHO. Em um sumário, nós tivemos uma dieta com aderência de 25% às directrizes do WHO e uma com aderência 100%, mais o intermediário dois uns, com aderência de 50% e de 75%, respectivamente.

Todos os participantes seguiram todas as dietas, mas a duração de cada dieta, não foram permitidos aos participantes deixar a unidade clínica, e todo o alimento e bebida que nós lhes fornecemos eram controlados. Todos os participantes receberam as mesmas três refeições principais e dois petiscos cada dia. Embora, naturalmente, estas refeições fossem diferentes em cada um das dietas diferentes.

Os participantes foram pedidos para recolher no início amostras de urina e o fim de cada um da dieta. Nós analisamos as amostras de urina usando a ressonância magnética nuclear, e toma cinco minutos para gerar um perfil metabólico ou uma impressão digital metabólica. O perfil metabólico pode detectar milhares de compostos químicos. Os espectros contêm muitos picos diferentes, e alguns deles são relacionados à entrada de alimentos específicos. Por exemplo, se uma pessoa consome uvas, você verá o ácido tartárico na urina. Se consomem uma parte de carne vermelha, você verá o O-acetylcarnitine.

Nós recolhemos todas as amostras de urina dos participantes após ter seguido cada um das dietas. Nós então tomamos todos os perfis metabólicos e pusemo-los em nosso APC de utilização modelo (análise componente do princípio).

Que eram seus resultados iniciais?

Nós encontramos que mesmo que o modelo não soubesse fosse quem é quem, ou quem tem comido que fazem dieta, nossas amostras classificadas de acordo com a saúde da dieta.

Essencialmente, o que nós encontramos é que o perfil metabólico do participante estêve modulado sistematicamente quando há uma mudança da dieta, de uma dieta saudável de 25% a de 100% e vice-versa. Um outro factor importante no perfilamento metabólico é que permite que nós sigam ràpida mudanças nos hábitos dietéticos do pessoa. Nós podíamos ver mudanças nos perfis metabólicos do dia 1 ao dia 2 ao dia 3.

Nós traçamos para fora resultados dos povos no mais e menos dietas saudáveis com cada amostra representada por um ponto. Isto mostrou uma separação clara entre as amostras de urina depois que os povos seguiram a dieta saudável e após povos seguiu a dieta insalubre.

Nós quisemos então ver se nós poderíamos usar este modelo para prever os perfis metabólicos dos povos que seguiam a dieta intermediária. Isto era certamente possível, com as dietas intermediárias que aglomeram-se entre as duas dietas extremas.

Crédito de imagem: Shutterstock/Antonina Vlasova

Como você validou o modelo fora do ajuste do ensaio clínico?

Nós tomamos um grupo de indivíduos pródigos que foram classificados como comedores saudáveis por uma dietista. O olhar das dietistas que povos dizem nos comem, e marcar-los que usam a contagem do TRAÇO (aproximações dietéticas para parar a hipertensão). Nós traçamos estes PRECIPITAMOS contagens contra nossas contagens derivadas do perfilamento metabólico. Nós encontramos que embora as contagens correlacionadas para muitos dos participantes, havia uma proporção significativa cujo o perfilamento metabólico indicasse uma dieta “insalubre”, apesar de uma boa contagem do TRAÇO.

Uma outra vantagem de nossa aproximação é que nós podemos entrar no perfil metabólico e ver porque a contagem do TRAÇO não está combinando nossa contagem. Por exemplo, um assunto relatou o consumo de muitas sumo de laranja e laranjas, mas de nós nunca considerou a betaína do proline, um marcador do consumo dos citrinos, na urina. Assim, este era um caso onde alguém misreported ou sob-relatasse seus hábitos dietéticos.

Que componentes você está procurando especificamente no perfil metabólico?

Nós não estamos procurando necessariamente nenhum composto específico em seus direitos próprios. O que nós estamos fazendo está tomando o teste padrão inteiro, a impressão digital metabólica da urina. Disto, nós combinamo-lo a uma base de dados de estudos dietéticos muito com cuidado controlados da intervenção.

É certo que isso dito, lá que os compostos na urina que nós olhamos especificamente porque nós os conhecemos são do interesse. Alguma destes incluirá coisas como os metabolitos da energia, envolvidos no ciclo de Krebs. Um outro grupo de compostos que nós estamos interessados é dentro os metabolitos microbianos do intestino, porque se relacionam especificamente à colheita bacteriana das calorias. Isto inclui metabolitos como o sulfato do para-cresol, o glucuronide do para-cresol, o phenylacetylglutamine, o hippurate, assim como os outros metabolitos que derivam-se directamente dos alimentos eles mesmos. Por exemplo, se você toma a betaína do proline, está relatando especificamente em citrinos. Assim, nós daremos um readout de produtos químicos específicos, mas os locais inteiros do teste são em torno do teste padrão global, holístico na urina que nós nos estamos usando para fazer a previsões.

Que são as vantagens principais do teste?

Da perspectiva da clínica, este teste fornece dietistas a oportunidade de conhecer o que a pessoa tem comido sem ter que o pedir. Nós sabemos que normalmente este tem uma margem enorme do erro porque misreporting ou sob-relatório. Nós acreditamos que nós podemos autorizar dietistas para poder personalizar a dieta, conhecendo o que a pessoa tem comido, mas também, conhecerá qual a dieta combina melhor o metabolismo da pessoa. Assim, nós podemos ver como respondem à dieta.

De uma perspectiva científica, esta aproximação permite a pesquisadores uma maneira diferente de medir que povos têm comido, e não apenas confiando em questionários do alimento ou em diário do alimento.

Crédito de imagem: Shutterstock/Prostock-studio

Como podia o método ser usado para seguir na vida real os hábitos dietéticos do pessoa?

Nós fizemos um outro ensaio clínico, em que 28 voluntários foram pedidos para recolher uma amostra de urina semanal durante seis meses. Mais uma vez, nós executamos as amostras usando a ressonância magnética nuclear, nós geramos um perfil metabólico, e nós aplicamos nosso modelo matemático para poder avaliar ao longo do tempo a aderência de cada um dos participantes às directrizes do WHO.

Para cada participante, nós geramos um lote diferente assim que nós poderíamos monitorar suas mudanças dietéticas ao longo do tempo. Na x-linha central, nós traçamos o dia em que a amostra de urina foi recolhida, e na y-linha central, nós traçamos a porcentagem da aderência às directrizes do WHO para cada amostra. O que nós queremos ver idealmente, é uma linha ao redor de 100% da aderência às directrizes do WHO, mas, na realidade, não acontece sempre. Nós vimos que alguns povos estavam começando com uma dieta muito saudável e uma aderência então de perda ao longo do tempo.

Finalmente, nós aplicamos nosso modelo para olhar os hábitos dietéticos do pessoa em seu ambiente familiar. Nós escolhemos um grupo de pacientes obesos que eram devidos se submeter à cirurgia bariatric. Esta vez nós traçamos a porcentagem da aderência às directrizes do WHO contra a contagem do TRAÇO. Nós encontramos que, em muitos casos, a contagem do TRAÇO não era em conformidade com nossa contagem da aderência.

Havia alguns povos que, de acordo com nosso modelo, tiveram melhores hábitos dietéticos. Contudo, menos de 50% dos assuntos mostrou a boa aderência aos hábitos dietéticos saudáveis.

Como podia esta informação costurar dietas aos indivíduos?

Alguns povos pensam que se todos segue a mesma dieta, todos perderá aproximadamente a mesma quantidade de peso e os resultados são fazer com conformidade. Se você pergunta a outros pesquisadores, dirão que que não é o caso e a dieta devem ser costurados a seu metabolismo individual.

Nós temos pesquisado este sobre 20 anos agora e temos feito os estudos numerosos onde nós alimentamos povos com dietas únicas e do misturado-alimento. Por exemplo, se nós tomamos uma coorte saudável que não receba nenhuma uva em sua dieta quando nós analisamos a amostra de urina, todos começa com tartrates zero, nosso biomarker para o consumo da uva.

Nós mandamos então povos comer o mesmo número de uvas pelo dia, e o que nós vimos somos que todos excreta uma quantidade diferente deste biomarker particular. Alguns povos excretam à quantidade mais do que dobro que outros povos fazem. Assim, o que nós encontramos somos que embora os povos recebam exactamente a mesma quantidade do mesmo alimento, há umas diferenças em como aqueles povos metabolizam e/ou excretam o alimento. Você pode expandir este conceito através dos alimentos diferentes. Nós observamos o mesmo efeito com os compostos diferentes relativos à carne vermelha, frutas e legumes, aos peixes, e aos brócolos, por exemplo. Para cada único tipo do alimento, nós vemos para espalhar na resposta. Assim, os povos metabolizam alimentos diferentes diferentemente.

Como um exemplo, nós podemos olhar um biomarker particular, a betaína do proline, que é um biomarker para citrinos. É um biomarker muito bom para nós porque vem em uma região uncrowded 1do espectro de H-NMR, assim que nós podemos facilmente detectá-lo. E não é metabolizado em nenhuma maneira principal a outros produtos químicos; a maioria do que você consome é excretada como a betaína do proline.

Nós alimentamos a alguns voluntários a mesma quantidade de sumo de laranja, e então nós perfilamos sua urina em dois, quatro, seis horas, e assim por diante, até 24 horas após ter bebido o sumo de laranja. O que nós encontramos é esse, para a betaína do proline, a maioria de povos excreta a maioria dentro das primeiras duas horas, mas você pode ainda detectá-la até 24 horas mais tarde. Uma coisa é é com certeza nós pode olhar respostas dietéticas agudas. Quando nós consideramos estas respostas dietéticas agudas e as aplicamos em uma população pródigo e os olhamos registros dietéticos, nós podíamos prever os povos que bebiam o sumo de laranja.

Crédito de imagem: Shutterstock/AtSkwongPhoto

Este método permite que você olhe a dieta em um sentido mais a longo prazo?

Nós tomamos os dados de nosso estudo da em-casa onde nós perfilamos a variedade de 19 povos com cuidado. Nós identificamos os metabolitos que diferiram entre a boa dieta e a dieta ruim, e para cada um dos metabolitos que mudaram através daquelas duas dietas, nós construímo-las em uma rede metabólica e olhamo-los para ver como estes metabolitos foram conectados através dos povos diferentes. Nós visualizamos estes em um mapa de rede metabólico da reacção.

Isto permite que nós ver, após ter seguido uma dieta particular, como o metabolismo de uma pessoa se ilumina acima através dos caminhos múltiplos. Se uma pessoa não está respondendo, aquela indica que não são como metabòlica o active que segue esta dieta particular.

Que determina se alguém se transforma mais metabòlica active que segue uma dieta particular?

Difere entre indivíduos, mas pelo menos algumas daquelas diferenças estão para baixo ao microbiome do intestino. Muito o que nós comemos é processado por nossas bactérias do intestino em produtos químicos, e por estas são excretados. Assim, algumas das diferenças que nós vemos nos perfis da urina são fazer com o facto que cada um de nós tem aproximadamente 1.5-2 quilogramas de bactérias do intestino, e nós somos tudo originais. Nós temos as bactérias diferentes. Isto faz-nos todo o ligeira diferente, metabòlica. As bactérias do intestino contribuem às diferenças individuais em nosso perfil.

Agora, se nós devemos pensar de uma pessoa durante todo seu tempo, idealmente, nós queremos manter o maior tempo possível a saúde, e a dieta é uma parte grande daquela. Para cada população e cada indivíduo, é chave poder dar certo, o que é a melhor dieta para você?

Sobre o Dr. Isabel García-Pérez

O Dr. García-Pérez é um conferente na medicina da precisão e dos sistemas dentro da divisão da medicina Integrative dos sistemas e de doenças digestivas. Com sua pesquisa crescente, seu alvo é explorar uma ameia nova da pesquisa que traga a química analítica à pesquisa da saúde. Sua dedicação ao trabalho que faz senta-a realmente no pelotão da frente como um papel para mulheres na ciência.

Sobre o prof. Gary Frost

O prof. Frost é actualmente cabeça da secção para a pesquisa da nutrição e conduz a rede imperial da nutrição e do alimento. É qualificado como uma dietista em 1982 e manteve sempre uma entrada clínica durante todo sua carreira. Foi apontado para o professor da nutrição e da dietética faculdade no janeiro de 2008 imperial. Antes disto, porque de 18 anos de Gary teve o trabalho no hospital de Hammersmith. Sobre seu tempo em Hammersmith ganhou seu PhD na nutrição e foi apontado leitor honorário na nutrição na faculdade imperial, a seguir juntou-se à universidade de Surrey como o professor da nutrição e da dietética em 2005.

Prof. Elaine Holmes

O prof. Holmes é a cabeça da divisão da medicina computacional e dos sistemas e de um professor da biologia química no departamento da cirurgia e do cancro na faculdade imperial, em Londres, Reino Unido. Tem sobre 20 anos de experiência na tecnologia metabonomic e nas suas aplicações. Seu foco está na descoberta e na revelação de biomarkers metabólicos da doença em estudos personalizados dos cuidados médicos e de população com contribuições significativas para cardiovascular, a neurociência e a pesquisa da doença infecciosa.

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    Bruker BioSpin - NMR, EPR and Imaging. (2020, October 13). 1H-NMR dietético “impressões digitais” podia ajudar a lutar contra a doença crónica. News-Medical. Retrieved on April 23, 2021 from https://www.news-medical.net/news/20201027/Dietary-1H-NMR-e2809cFingerprintse2809d-Could-Help-Fight-Against-Chronic-Disease.aspx.

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    Bruker BioSpin - NMR, EPR and Imaging. 2020. 1H-NMR dietético “impressões digitais” podia ajudar a lutar contra a doença crónica. News-Medical, viewed 23 April 2021, https://www.news-medical.net/news/20201027/Dietary-1H-NMR-e2809cFingerprintse2809d-Could-Help-Fight-Against-Chronic-Disease.aspx.