العلم نور يقذفه الله في قلب من يشاء: ما تأكله يمكن أن يعيد برمجة جيناتك - أحد الخبراء يُبيِّن علم جينوم التغذية nutrigenomics الناشيء

بقلم مونيكا دوس، أستاذه مساعد في البيولوجيا الجزيئية والخلوية والتنموية، جامعة ميتشيغان

1 مارس 2022

المترجم: عدنان أحمد الحاجي

المقالة رقم 81 لسنة 2022

What you eat can reprogram your genes – an expert explains the emerging science of nutrigenomics

Monica Dus, Assistant Professor of Molecular, Cellular, and Developmental Biology, University of Michigan

March 1, 2022

الناس عادة ما يعتبرون الغذاء أنه سعرات حرارية وطاقة وقوت. ولكن أحدث الأدلة تفيد أن الغذاء أيضًا "يتواصل" مع جينومنا، والجينوم عبارة عن مخطط جيني يوجه الجسم ليقوم بوظائفه وصولًا إلى مستوى الخلية.

قد يؤثر هذا التواصل بين الغذاء والجينات في الصحة والفسيولوجيا وطول العمر^{1، 2}. فكرة أن الطعام يوصل رسائل مهمة إلى جينوم الحيوان تُعد فكرة تدور حول محور مجال جديد يعرف باسم علم جينوم التغذية nutrigenomics³. لا يزال هذا التخصص في المهد، ولا تزال هناك أسئلة كثيرة حياله يكتنفها الغموض. ومع ذلك، فقد تعلمنا نحن الباحثون الكثير عن كيف تؤثر مكونات الغذاء في الجينوم².

أنا باحث في علم الأحياء الجزيئية⁴، أبحث في التفاعلات بين الطعام والجينات⁵ والأدمغة⁶ في محاولة للفهم بشكل أفضل كيف تؤثر الرسائل (المعلومات)، التي يبعثها الغذاء، في بيولوجيتنا. قد تؤدي جهود الباحثين لفك تشفير نقل المعلومات هذا في يوم من الأيام إلى حياة أكثر صحة وسعادة لنا جميعًا. ولكن حتى ذلك الحين، كشف علم جينوم التغذية على الأقل عن واحدة من الحقائق المهمة وهي: علاقتنا بالغذاء هي أكثر حميمية بكثير مما كنا نتخيله في السابق..

.تفاعل الغذاء مع الجينات

إذا كانت فكرة أن الغذاء يمكن أن يكون الدافع للعمليات البيولوجية وذلك بالتفاعل مع الجينوم تبدو فكرةً مدهشةً، فلا يحتاج المرء إلى النظر أبعد من أن ينطر في خلية نحل ليجد مثالًا مجربًا مثبتًا ومثاليًا عن كيف يحدث ذلك التفاعل بين الغذاء والجينات. تعمل عاملات النحل دائبةَ وعقيمة وتعيش بضعة أسابيع فقط. ملكة النحل، تبقى قابعةً في أعماق الخلية، لها عمر افتراضي يستمر لسنوات وخصوبة قوية لدرجة أنها تنتج من بيضها مستعمرة بأكملها.

ومع ذلك، فإن عاملات النحل والملكات كائنات متطابقة وراثيًا. لكنها تصبح شكلين مختلفين من أشكال الحياة بسبب الغذاء الذي تتغذى عليه⁷. تتغذى ملكة النحل على غذاء ملكات النحل⁸؛ وتتغذى عاملات النحل على الرحيق وحبوب اللقاح. يوزدها كلا النوعين من الغذاء بطاقة، لكن غذاء ملكات النحل له ميزة إضافية: يمكن لعناصره المغذية أن تفك التعليمات الجينية لتكوين بنية وفسيولوجيا ملكة النحل⁹.

إذن كيف يتم ترجمة الغذاء إلى تعليمات بيولوجية؟ تذكر أن الغذاء يتكون من عناصر غذائية كبرى macronutrients. وتشتمل على كربوهيدرات - أو سكريات – وبروتينات ودهون². يحتوي الغذاء أيضًا على مغذيات صغرى / دقيقة micronutrients مثل الفيتامينات والمعادن. هذه المركبات ونواتج تحللها تستطيع أن تفعّل / تنشط مفاتيح جينية¹⁰ موجودة في الجينوم².

يهدف مجال حينوم التغذية إلى فك شفرة كيف تنقل أنواع مختلفة من الأغذية رسائل مختلفة - ومهمة - إلى خلايانا.

كالمفاتيح التي تتحكم في شدة الضوء في المنزل، تحدد المفاتيح الجينية كمية منتج جيني معين. يحتوي غذاء ملكات النحل، على سبيل المثال، على مركبات تنشِّط وحدات التحكم الجينية^{9، 11،
12، 13} لتكوين أعضاء organs الملكة والحفاظ على قدرتها التناسلية. أما في البشر والفئران، من المعروف أن المنتجات الثانوية لميثيونين الأحماض الأمينية amino acid methionine، المتوافرة بكثرة في اللحوم والأسماك، تؤثر في وحدات التحكم الجينية المهمة لنمو الخلايا وانقسامها². ويلعب فيتامين ج دورًا في الحفاظ على صحتنا من خلال حماية الجينوم من الضرر التأكسدي^{14، 15}؛ كما أنه يعزز وظيفة مسارات تبادل الاشارات الخلوية¹⁶ التي تتمكن من إصلاح الجينوم في حالة تضرره / تلفه.

بحسب نوع معلومات المغذيات، يتم تنشيط وحدات التحكم الجينية والخلية التي تتلقى هذه المعلومات الغذائية، فالمعلومات الموجودة في الغذاء يمكن أن تؤثر في الصحة واحتمال الإصابة بأمراض وحتى طول العمر¹⁷. لكن من المهم ملاحظة أنه حتى الآن، معظم هذه الدراسات قد أجريت على نماذج حيوانية، كالنحل.

ومن المثير للاهتمام أن قدرة العناصر الغذائية على تغيير تدفق المعلومات الجينية يمكن أن تمتد عبر الأجيال. تشير الدراسات إلى أنه في البشر والحيوانات، الغذاء الذي تناوله الأجداد أثر في نشاط المفاتيح الجينية واحتمال إصابة الأحفاد بالأمراض ووفياتهم.

السبب والنتيجة

أحد الجوانب المثيرة للاهتمام في اعتبار الغذاء نوعًا من المعلومات البيولوجية هو أنه يعطي معنىً جديدًا لفكرة السلسلة الغذائية¹⁸. في الواقع، إذا تأثرت أجسادنا بما قد أكلناه - وصولاً إلى المستوى الجزيئي - فإن الغذاء الذي "أكلناه" يمكن أن يؤثر أيضًا في جينومنا. على سبيل المثال، مقارنة بحليب الأبقار التي تتغذى على الأعشاب، فإن لبن الأبقار التي تتغذى على الحبوب يحتوي على كميات وأنواع مختلفة من الأحماض الدهنية وفيتامينات C و A¹⁹. لذلك عندما يشرب الناس هذه الأنواع المختلفة من الحليب، تتلقى خلاياهم أيضًا رسائل غذائية مختلفة.

وبالمثل، فإن الغذاء التي تتناوله الأم البشرية يغير مستويات الأحماض الدهنية وكذلك الفيتامينات مثل فيتامينات B-6 و B-12 وحمض الفوليك الموجودة في حليب الثدي. فهذا يمكن أن يغير نوع الرسائل الغذائية التي تصل إلى المفاتيح الجينية للرضيع، ما إذا كان هذا الأمر له تأثير في تطور / نمو الطفل أم لا، يبقى غير معروف، في الوقت الحالي.

تنقل المعلومات الغذائية المستمدة من الحيوانات - مثل حليب البقر - إلى من يشرب الحليب.

وربما وبدون علمنا، نحن أيضًا جزء من هذه السلسلة الغذائية. الطعام الذي نأكله لا يعبث في المفاتيح الجينية في خلايانا فقط، ولكن أيضًا في الكائنات الحية الدقيقة (الميكروبيوتا) التي تعيش في جهازنا الهضمي وجلدنا وغشائنا المخاطي²⁰. أحد الأمثلة الصارخة: في الفئران، تحلُل الأحماض الدهنية قصيرة السلسلة، الذي تقوم به بكتيريا الأمعاء، يؤدي إلى تغيير مستويات السيروتونين، وهو ناقل كيميائي للدماغ ينظم المزاج والقلق والاكتئاب، من بين عمليات أخرى²¹.

المضافات الغذائية والتعبئة والتغليف

يمكن أن تؤدي المكونات المضافة في الأغذية أيضًا إلى تغيير تدفق المعلومات الجينية داخل الخلايا. الخبز والحبوب المدّعم بحمض الفوليك لمنع الاصابة بعيوب خلقية ناتجة عن نقص هذه المغذيات²¹. لكن يفترض بعض الباحثين أن المستويات المرتفعة من حمض الفوليك في غياب المغذيات الدقيقة الأخرى²² التي ينتجها الجسم طبيعيًا مثل فيتامين B 12 يمكن أن تسهم في ارتفاع معدل الإصابة بسرطان القولون في الدول الغربية، ربما من خلال التأثير في المسارات الجينية التي تتحكم في النمو²³.

قد يكون هذا صحيحًا أيضًا مع المواد الكيميائية من مواد تغليف المواد الغذائية. بيسفينول أ Bisphenol A، أو ما يعرف اختصارًا ب BPA²⁴، وهو مركب موجود في البلاستيك، يقوم بتنشيط وحدات التحكم الجيني²⁴ في الثدييات التي تعتبر بالغة الأهمية للتطور²⁵. على سبيل المثال، يعتقد بعض الباحثين أنه في كل من النماذج البشرية والحيوانية²⁶، يؤثر BPA في عمر التمايز الجنسي [أيعملية تطور الاختلافات بين الذكر والأنثى²⁷] ويخفض من مستوى الخصوبة عن طريق جعل المفاتيح الجينية أكثر احتمالًا لتكون على وضع التشغيل.

تشير كل هذه الأمثلة إلى احتمال أن المعلومات الجينية في الغذاء يمكن أن تنبثق ليس فقط من تركيبته الجزيئية - الأحماض الأمينية والفيتامينات وما شابه - ولكن أيضًا من السياسات الزراعية والبيئية والاقتصادية للدولة، أو غياب لهذه السياسات.

بدأ الباحثون مؤخرًا فقط في فك رموز رسائل الغذاء الجينية هذه ودورها في الصحة والمرض. نحن الباحثون لا زلنا لا نعرف على وجه التحديد كيف تؤثر العناصر المغذية في المفاتيح الجينية، وما هي قواعد التواصل الخاصة بها وكيف أثر غذاء الأجيال السابقة في ذريتها. العديد من هذه الدراسات حتى الآن قد أجريت على نماذج حيوانية فقط، ولا يزال هناك الكثير مما يتعين عمله فيما تعنيه التفاعلات بين الغذاء والجينات للإنسان.

لكن ما هو واضح، هو أن من المرجح أن يمكِّن حل ألغاز علم جينوم التغذية المجتمعات والأجيال الحالية والمستقبلية ويزودهم بما يحتاجونه في الحياة.

مصادر من داخل وخارج النص

1- "الفسيولوجيا البشرية Human physiology يُعَدُّ أحد العلوم الأساسية التي تبحث في الآليات الوظيفية للخلايا والأعضاء المختلفة ضمن إطار وحدة العضوية. ويتركَّب جسم الإنسان من نحو 100 تريليون خلية، تُعَدُّ كل منها الوحدة الوظيفية الأساسية في البدن، إذ تقوم بوظائفها بالتآزر مع بقية الخلايا الأخرى، وتشكِّل كلُّ مجموعة من الخلايا المتمايزة نسيجاً خاصاً يكوِّن الأعضاء المختلفة التي تعمل على نحو يؤازر بعضها بعضاً بصورة تحافظ فيه على استمرارية بقاء الإنسان بصحة جيدة." مقتبس من نص ورد على هذا العنوان:

https://www.marefa.org/فسيولوجيا_بشرية/simplified

2- https://www.cell.com/trends/biochemical-sciences/fulltext/S0968-0004(20)30092-X?_returnURL=https%3A%2F%2Flinkinghub.elsevier.com%2Fretrieve%2Fpii%2FS096800042030092X%3Fshowall%3Dtrue

3- "علم جينوم التغذية هي دراسة كيف يؤثر الطعام في جينات الشخص وكيف تؤثر جينات الشخص في طريقة استجابة الجسم للطعام. يُستخدم جينوم التغذية لمعرفة المزيد عن كيف تؤثر جينات الغذاء معًا في صحة الشخص واحتمال الإصابة بأمراض، كالسرطان. قد يساعد أيضًا في إيجاد طرق جديدة للوقاية من مرض وعلاجه." ترجمناه من نص ورد على هذا العنوان:

https://www.cancer.gov/publications/dictionaries/cancer-terms/def/nutrigenomics

4- https://sites.lsa.umich.edu/dus-lab/

5- https://scholar.google.com/citations?user=MbZxwzMAAAAJ&hl=en

6- https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fnbeh.2021.746299/full

7- https://www.science.org/doi/10.1126/science.1153069

8-https://www.nature.com/articles/nature10093

9- https://www.embopress.org/doi/full/10.1038/embor.2011.9

10- "المفاتيح الجينية هي شبكات تنظيم جينية؛ أي مجموعات من الجينات تعمل على تشغيل أو إيقاف تشغيل بعضها بعض." ترجمناه من نص ورد على هذا العنوان:

https://www2.ph.ed.ac.uk/~rallen2/?Research___Completed_projects_%28for_now%29___Genetic_switches

11- "قد يكون التحكم الجيني على مستوى النسخ¹² أو الانتقال¹³. يعمل التحكم في النسخ عن طريق التحكم في عدد نسخ الحمض النووي الريبي RNA لمنطقة من مناطق الحمض النووي، والتحكم بشكل غير مباشر في تخليق البروتين. يعمل التحكم على المستوى الانتقالي في تخليق البروتين من خلال تنظيم خطوة انتقال الحمض النووي الريبي إلى بروتين." ترجمناه من نص ورد على هذا العنوان:

https://www.medicinenet.com/control_genetic/definition.htm

12- https://ar.wikipedia.org/wiki/نسخ_(وراثة)

13- https://ar.wikipedia.org/wiki/انتقال_(وراثة)

14- https://ar.wikipedia.org/wiki/إجهاد_تأكسدي

15- https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fgene.2021.675780/full

16- https://ar.wikipedia.org/wiki/تأشير_الخلية

17- https://www.nature.com/articles/nrm4048

18-السلسلة الغذائية : تنتقل الطاقة الغذائية من كائن حي إلى آخر عبر سلسلة من الأحداث تسمى السلسلة الغذائية." مقتبس من نص ورد على هذا العنوان:

https://ar.wikipedia.org/wiki/سلسلة_غذائية

19- https://nutritionj.biomedcentral.com/articles/10.1186/1475-2891-9-10

20- https://www.science.org/doi/10.1126/science.1223813

21- https://academic.oup.com/advances/article/6/1/124/4558005