营养基因组学.ppt

营养基因组学、学科介绍营养基因组学是研究营养素和植物化学物质在生物基因上的转录、翻译表达和代谢机制的科学。 以分子生物学技术为基础，应用DNA芯片、蛋白质组学等技术阐明营养素与基因的相互作用。 目前主要研究营养素和食物化学物质在人体中的分子生物学过程和产生效应，强调人体基因转录、翻译表达和代谢机制的可能应用范围是营养素作用的分子机制、营养素的人体需求量、个人食谱的制定和食品安全等，强调其对个体的作用。 是继药物之后人类基因组计划引发的个体化治疗的第二波。 营养基因组学相关学科有营养学、分子生物学、基因组学、生物化学、生物信息学等，在这个水平上营养基因组学是基于多学科的边缘学科。 1953年，沃森和克里克在概念和过程的发展中发现了一种名为“生命神秘”的DNA结构，DNA结构解释了遗传物质是如何复制和传递信息的。 DNA这种优雅神秘的双螺旋结构的发现，标志着革命震撼生物学界和医学界，分子生物学的开始。 1961年，DNA中的碱基序列转录基因密码解读成功，标志着基因时代的到来。 以人类基因组“作业框架图”的完成为标志，生命科学进入了后基因组时代。 美国科学家托马斯罗德里克(1986 )提出了基因组学(Genomics )，主要内容是以全基因组测序为目标的结构基因组学(Structuralgenomics )和以基因功能鉴定为目标的功能基因组学(Functionalgenomics )。 随着基因组学研究的发展和人类基因组计划的实施和完成，科学界认为这种困惑现象很可能是由于个体间基因差异造成的。 利用各种先进的研究手段，许多科学家开始从理论和实践两方面深入认识基因与饮食的相互影响，营养学研究也进入了新时代“基因时代”，以专业研究者饮食与自身基因的相互作用为目标的营养学研究领域内的新兴学科营养基因组学也逐渐引起人们的关注营养基因组(Nutrigenomics )是2000年提出的一种新的营养学理论，是继药物后人类基因组计划个体化治疗的第二波。 营养基因组学相关学科有营养学、分子生物学、基因组学、生物化学、生物信息学等，在这个水平上营养基因组学是基于多学科的边缘学科。 营养学与基因组学相结合的新学科名词“营养基因组学”广为人知。 2002年初，第一届国际营养基因组学会议在荷兰召开，强调基因元素是营养学研究不容忽视的重要组成部分。 但是，目前国际上对营养基因组学没有明确的定义。 一些专家认为营养基因组学不应被视为营养学的分支。 这句话涵盖了营养学的全部，加上新的内涵，是未来的营养学。 营养基因组学涉及营养学研究的各个领域，在传统意义上与营养学的不同之处在于，该研究将日益扩大的基因学领域的知识和技术充分结合起来加以利用。 营养基因组学的显着特征之一，是能监测大量分子表达、基因突变等的基因组技术和生物信息学在营养学研究中的广泛应用。 如果没有这些强有力的“全球”生物检测技术和最先进的计算机技术相结合的生物统计、大规模数据处理等信息学方法的支持，营养基因组学就不能成为真正的学科。 营养基因组学的研究着眼于整个机体、整个系统或机体功能分子水平的路径轮廓变化，而不是单一或一些孤立生物学标志物的变化。简言之，营养基因组学主要研究分子水平和人群水平的膳食营养与基因相互作用及其对人类健康的影响，并根据个体基因组结构特征着力建立膳食干预方法和营养保健手段，提出更加个人的营养政策，使营养学研究成果能够有效地应用于疾病的预防研究内容的主要研究内容包括：基于人体基因多态性差异，研究了解食物活性成分如何直接或间接影响人体内基因组结构变化的膳食因子营养素对人体基因组的影响，以及哪些慢性或遗传性疾病容易受膳食因子影响。 根据不同人群营养需求、状况及其自身基因多态性的差异，探讨健康人体和疾病患者对不同饮食因子敏感性的差异，设计个人饮食，以预防慢性疾病的发生。 许多营养素通过转录系统选择性地改变基因表达，在不同组织、不同环境条件下调节特定基因组的活性。 氨基酸、脂肪酸、糖等营养成分影响基因的表达，其作用可调节基因的配置，通过代谢产物和代谢状态(激素状况、细胞氧化还原状况等)改变mRNA水平和蛋白质水平以及其功能。 因此，在营养研究中，基因组学和蛋白质组学利用细胞培养、动物和人类，寻找和鉴定对某些营养素、药物和食物有良好反应的特殊标记物。 同时，吉姆和Rodriguez认为在进行营养基因组学的研究时，发生适当的代谢反应需要多少营养素，特别是需要多少营养素，对于这5个基因背景不同的人来说， 如何在复杂的饮食成分下获得适量的营养素？如何将饮食成分与生物代谢的精细度和长期控制相结合？在目前的分子和基因组技术条件下，如何获得不同人从出生到死亡之间营养所需的变化量？如何以对社会负责的态度获得基因组学信息重要地位营养学是研究人体营养规律及其改善措施的科学。 人们很早以前就开始了营养学的研究，例如在我国的医学古籍黄帝内经素问中提出了“养五谷、助五果、益五畜、充五菜”等朴素的合理营养概念。 西方医学始祖希波克拉底在公元前400年前也提出食品中的特殊成分是维持生命所必需的。 但是，真正意义上的营养学的诞生，在构成人体的重要物质被发现的18世纪后半期，从1900年到现在营养学的研究不断深入，已经经历了3个阶段。 二战后，营养学进入了以实验科学技术为基础的鼎盛时期。 20世纪后半叶，人进入细胞时代，主要研究了营养素在体内的代谢、生理功能和对组织细胞的影响。 分子生物学的突破性到来，为营养学向微观世界发展，探索生命的奥秘提供了理论基础。 特别是人类和模型生物的基因组素描、基因组序列图相继完成，为人类揭示基因组和所有基因的结构和功能，揭示生命奥秘奠定了基础。 营养科学也通过分析营养素对单基因的表达及其作用，开始向基因组及其表达产物代谢调节的作用方向发展。 在此背景下，营养基因组学(Nutritionalgenomics，有时也称为Nutrigenomics )诞生，迅速成为营养学研究的新前沿。 2002年2月和2003年11月，荷兰召开了第一届和第二届国际营养基因组会议，营养基因组学研究的重要性凸显出来。 应用领域、营养基因组学的重要应用领域之一是促进保健食品的开发应用。 首先，基因组学的发展提高了DNA重组技术对食品，特别是植物性食品的改造能力。有些具有预防疾病作用的生物活性成分在天然食物中含量较低。 基因修饰的食物往往能大大提高这些成分的含量。 番茄番茄红素是一种强抗氧化剂，能抑制活性氧引起的脂质过氧化、DNA损伤和肝坏死。 因此，番茄红素可能具有预防肿瘤的作用，尤其是可能预防前列腺癌。 但是，仅仅从饮食中摄取的番茄红素的量，有可能不会产生这样的肿瘤预防作用。 一种有效的方法是利用基因工程方法提高番茄中番茄红素的含量。 的确，基因组知识的迅速增长大大提高了我们的食物改造能力。 另外，基因组技术的应用促进了食物中具有保健作用的生物活性成分的筛选。 目前，利用功能性基因组学技术筛选食物中的活性成分，应用于疾病预防的项目正在不同国家启动。 其中一例是欧洲共同体资助的筛选直肠肿瘤的功能性食品项目。 该研究采用多种功能基因组技术检测直肠肿瘤发生的相关基因，例如大多数蛋白表达的蛋白质组学。 高效的基因组技术可以有效地发现研究人员受食物中生物活性成分控制，在疾病病理过程中起重要作用的新生物标志物。 这些分子水平的生物标志物比传统的生化标志物具有敏感、特异的优点。 这一特点对保健食品的研究尤为重要。 由于健康食品与药物不同，食物中的生物活性物质对生物体的影响很小。 因此，采用传统的生化指标可能不反映这种微弱的变化。 健康食品检查的基因学研究，明确了营养素的作用机制和毒性作用。 应用分子生物学技术可以研究能量限制、微量营养素缺乏、糖代谢等问题，采用基因组学技术可以测定单一营养素对某些细胞或组织基因表达谱的影响，从而确定营养素对细胞、组织、系统和作用途径的所有已知因此，这种高吞吐量、大规模的检测确实使学者了解营养素的作用机制。 基因组学技术还为饲料安全性评价、病原菌检测、掺杂、假鉴定提供了有力的手段。 食物中含有丰富的营养素真的能预防癌症吗？ 美国政府将招募32000名中年人，探讨硒元素和维生素e是否真正预防前列腺癌。 遗传因子学的研究指出，某些营养素可能对某些人有益，但对其他人来说可能不是。 因此，美国国立癌症研究所的约翰米尔纳博士说：“将来会成为适合个人营养的时代。 这个营养基因组学将成为相当兴奋的新科学”。 Milner博士说，35%的癌症与饮食习惯有关，但偶尔吃汉堡包和甜甜圈并不会带来悲惨的结果。 但是，多吃植物性的食物、蔬菜、水果患癌症的概率低的研究也确实很多。 为了确定这些食物与人体健康的关系，科学家决定从基因上研究许多对健康有益的营养素。 首先美国联邦政府研究清单的首要目标是硒元素。 迄今为止，有研究表明，每天食用200毫克硒约为国际标准的2倍，可以降低患前列腺癌、肺癌、结肠直肠癌的概率。 番茄红素也是另一个研究目标，因为有研究表明患前列腺癌的概率可以降低到35%，NCI的研究者已经着手小型的临床研究，试图观察安全的量和前列腺癌患者是否能对抗癌细胞。另外，大豆被认为可以鼓励女性患乳腺癌的概率也是这项研究的重点项目之一，Milner博士预测“今后5年内将获得很多关于基因如何影响个人食物反应的资料”。 但是，这项研究可能需要几年时间，美国癌症协会建议每天至少吃5种蔬菜来减肥。 营养基因组学：人类健康的新“关键”，是人类基因和食物营养作用今后可以看到基因的配方，使个性营养成为可能。 现在的营养需求量对于集团来说，不能考虑个体间基因的差异。 人类基因约有140200万个单核苷酸多态性(SNPs )，其中有6万多个存在于外显子中，这可能是产生人体对营养素需求和反应差异的重要分子基础。 因此，将来应用基因组学技术阐明与营养相关的SNPs，研究动物营养素需求的个体差异，通过基因组成和代谢型鉴定，确定个体营养需求量，使个体营养成为可能，即根据动物的遗传潜力进行个体饲养，这就是“基因饲养”。 另外，应用基因组技术也有助于一些动物源功能食品的开发。 某些特定的食物不一定对所有人都“好”和“坏”。 自己的DNA不一定能决定你的健康。 重要的是看他们是如何相互作用的。 新闻周刊据最近的封面报道，在展望未来医学发展状况时，美国塔夫茨大学营养学和基因组学研究所主任琼斯沃思的观点，对于只能花4美元买石榴汁的人来说，可能是个好消息。 据欧德沃斯介绍，容易被称为时尚的大范围向全体人员提供相同饮食建议的时代也许会结束。 根据基因的不同，每个人对某些食物的反应也不同，同一类食物的吃法结果可能有很大差异。 在此基础上，对于只能买石榴汁的人们来说，如果基因能够有效利用这种饮料的营养物质，就有可能保持健康的身体。 从基因的“下菜单”来看，红酒也许有助于软化血管，但它不一定是有益于人的好酿造者，即使是经常喝红酒的法国人也有心脏病困扰。 心脏病专家经常建议吃低盐食物来控制血压。 但事实是，这项建议不适用于一半人。 那个即使没有效果也不会危害人体，所以医生们很高兴地重复着这个提案。 但是，美国波士顿大学的维多利亚赫拉教授对此有着微妙的说法。 他认为教给患者没有效果的做法，对于医生来说和谎言一样的人类社会现在需要的是基于遗传基因型(genotype )的诊断。 海拉教授的想法不是千夜谭。 根据营养学家和基因学家的研究情况，未来十年，医生可以从患者的基因档案中判断疾病的风险，制定适当的营养健康计划。 有人建议你多吃些花椰菜，也有人给你别的建议。 营养基因组学是5年前基本上不存在的领域。 它的出现并不意味着完全颠复一个世纪以来人类社会提供的饮食建议的价值，而是帮助人们从最基本的层面了解健康是由基因与营养物质的相互作用决定的。 过去，人们健康的概念模型是“自行车道”，某些“坏”食品会造成心脏病和癌症，某些“好”基因的介入会保护你。 但是，新的研究表明，在食物与基因之间发生持续的相互作用的过程中，既有加速有害基因活动的食物，也有抑制有害基因活动的食物。另外，高脂肪和低脂肪的食物、酒、盐以及个人对运动的反应有很大差异。 这解释了为什么某些人比其他人早上更习惯出租车上班，为什么居住在美国西南部的印第安部族的缅甸人患ii型糖尿病的概率是美国白人的8倍。 根据营养基因组学的理论，未来的人们应该在饮食方面检查自己的基因，选择适合自己的食物。 营养基因