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Epigenética - ¿Cómo influyen los ingredientes alimentarios en nuestra expresión génica?

La imagen de un hombre con los brazos extendidos frente a un fondo digital muestra la osteopatía deportiva.
Epigenética - ¿Cómo influyen los ingredientes alimentarios en nuestra expresión génica?

El término epigenética procede del griego antiguo (epigénesis) y significa "además de" y "descendencia/origen". Mientras que la genética como ciencia se ocupa de la herencia y formación de características (genes), la epigenética se dedica a la cuestión de qué factores determinan la actividad de un gen. Para ello, examina los cambios en la expresión de los genes que no se basan en cambios de secuencia en el ADN, por ejemplo, mediante mutaciones o recombinación. Por tanto, los mecanismos epigenéticos no pueden cambiar nuestra secuencia de ADN (genotipo) (Bird 2007). Más bien determinan qué genes se activan y se convierten en proteínas o qué genes se "silencian". De este modo, influyen decisivamente en la formación del fenotipo (conjunto de todas las características morfológicas y fisiológicas) (Margueron et al. 2010).

Principales mecanismos epigenéticos implicados en el desarrollo y la diferenciación de los distintos tipos celulares:

  • microARN (ARN no codificante)
  • Modificación de histonas
  • Metilación del ADN (la metilación del ADN es un mecanismo epigenético en el que la adición de grupos metilo al ADN modifica la función de los genes al afectar a su expresión (principalmente) mediante la inhibición de la transcripción) (Randunu 2020).

¿Qué influencia tiene nuestra dieta en el epigenoma?

Los científicos han utilizado episodios históricos de hambre bien documentados para investigar la relación entre el estrés nutricional prenatal y el riesgo de enfermedades crónicas en la edad adulta mediante estudios transversales y longitudinales. Como resultado, se descubrió que la nutrición materna durante el periodo perinatal (el comprendido entre la semana 28 de gestación y el séptimo día después del nacimiento) tiene un gran impacto en el fenotipo posterior de los niños. Por ejemplo, la exposición prenatal a la inanición redujo el crecimiento fetal, disminuyó la tolerancia a la glucosa en la edad adulta y provocó un mayor IMC y perímetro de cintura en las mujeres. Así, se ha demostrado que la dieta modula los niveles globales de metilación en las regiones reguladoras de los genes (Navarro 2017).

¿Cómo pueden modular los mecanismos epigenéticos el riesgo de desarrollar una ENT?

ENT son las siglas de Enfermedades No Transmisibles y engloban enfermedades asociadas al estilo de vida, como la diabetes, las enfermedades cardiovasculares, la obesidad, la hipertensión y las enfermedades neurodegenerativas. Las ENT figuran actualmente entre las principales causas de muerte en todo el mundo, sustituyendo a las enfermedades infecciosas. 

Además de un componente genético, existen diversos factores de riesgo para el desarrollo de una ENT, todos ellos relacionados con el comportamiento individual en materia de salud:

  • inactividad física
  • Sobrepeso
  • Fumar
  • alimentación inadecuada
  • Abuso de alcohol

Si se eliminaran estos factores de riesgo mediante la prevención conductual y situacional en las diferentes etapas de la vida, podría evitarse gran parte de la incidencia de las ENT (Forouzanfar et al. 2016). La globalización, la industrialización y los cambios sociales y económicos de las últimas décadas han creado nuevos patrones dietéticos y de actividad nocivos en todo el mundo que contribuyen significativamente al desarrollo de enfermedades no transmisibles (Darnton-Hill et al. 2004). 

La nutrición ya influye en el riesgo de desarrollar una ENT antes del nacimiento, especialmente en el periodo fetal y neonatal. Así, la nutrición materna durante el periodo fetal y neonatal y en la primera infancia puede programar permanentemente el metabolismo, allanando el camino para el desarrollo de una ENT (Navarro et al. 2017). Entre otras causas, la epigenética desempeña un papel protagonista (Lillycrop et al. 2015, McGee et al. 2018, Vickers 2014).

Los cambios epigenéticos ya tienen lugar durante la formación de las células sexuales (gametogénesis), pero no todos persisten. Sin embargo, algunos sitios metilados del ADN "sobreviven" a la gametogénesis y al desarrollo temprano y se replican durante la mitosis (Fan et Zhang, 2009, Trasler 2009). El ADN marcado se transmite entonces junto con las histonas, es decir, se hace heredable (Guibert et al. 2012). Así, los sitios de ADN marcados pueden modular la expresión génica a lo largo de la vida. Además, están los cambios epigenéticos, que surgen antes y también después del nacimiento y también se conservan durante la división celular (Skinner 2011). Así, los trastornos epigenéticos adquiridos tempranamente pueden persistir sin cambios durante la fase de desarrollo hasta la edad adulta.

El periodo perinatal (el comprendido entre la semana 28 de gestación y el séptimo día después del nacimiento) representa una ventana crítica en el desarrollo, ya que es cuando el epigenoma es más susceptible de modificación. Además, cualquier cambio epigenético que se produzca durante esta fase permanece estable en la edad adulta (Perera et al. 2011). La investigación sobre la conexión entre determinados ingredientes de la dieta y sus efectos epigenéticos durante el periodo perinatal aún está en pañales. Sin embargo, hay estudios iniciales en animales y también en humanos que se centran en el folato y la colina. Éstos se encuentran entre los donantes de metilo y son nutrientes dietéticos importantes porque desempeñan un papel fundamental en el metabolismo del metilo. 

Así, la deficiencia de folato influye en la programación epigenética temprana a través de su papel en la remetilación a metionina. Si hay muy poco folato, no se puede mantener el suministro de metil durante el desarrollo (Crider et al. 2012). Por lo tanto, es importante garantizar unos niveles adecuados de folato durante el embarazo.

La colina es un importante nutriente metilado que desempeña un papel crucial en el desarrollo del sistema nervioso central. Así, la ingesta materna de colina influye en la neurogénesis (Craciunescu et al. 2003), pero también en la formación de células endoteliales y vasos sanguíneos en el cerebro fetal (Mehedint et al. 2010). En estudios con animales, ratones y ratas, se observó que una ingesta materna elevada de colina modifica favorablemente la metilación de las histonas y los mecanismos epigenómicos del feto (Davison et al. 2009).

¿Cómo pueden modificarse las modificaciones epigenéticas desfavorables mediante la nutrición?

Las modificaciones epigenéticas representan procesos genómicos plásticos en los que influyen factores endógenos y exógenos (por ejemplo, la nutrición). Como ya se ha descrito, estas modificaciones, tanto positivas como negativas, pueden transmitirse de generación en generación. Sin embargo, aparentemente es posible "reprogramar" aquellas modificaciones epigenéticas que se asocian a un alto riesgo de enfermedad mediante cambios en la dieta o en el estilo de vida (González-Becerra et al. 2019). 

En la investigación se habla de varios ingredientes alimentarios como modificadores epigenéticos, entre ellos aminoácidos, vitaminas y minerales, polifenoles y ácidos grasos.

  1. Ácidos grasos

Como ya se ha mencionado, actualmente se está produciendo un cambio en nuestra dieta. El perfil de la ingesta de ácidos grasos se ve especialmente afectado. Están surgiendo patrones dietéticos globales que se caracterizan por una elevada ingesta de ácidos grasos saturados (AGS) y ácidos grasos trans (AGT) y un bajo contenido de ácidos grasos monoinsaturados (AGMI) y poliinsaturados (AGPI) (Cordain et al. 2005). Estos patrones dietéticos se asocian a cambios epigenéticos desfavorables (Morgen et Sørensen 2014).

Aún hay pocos estudios en humanos sobre las propiedades protectoras de los ácidos grasos en el epigenoma. Sin embargo, existen evidencias preliminares de que una dieta rica en ácidos grasos omega-3 se asocia a un menor riesgo de desarrollar enfermedades metabólicas. La literatura muestra que este efecto podría estar mediado por mecanismos epigenéticos (González-Becerra et al. 2019).

  1. Polifenoles

Entre los compuestos bioactivos de origen vegetal que median en las modificaciones epigenéticas se encuentran la genisteína (soja), el resveratrol (uva), la curcumina (cúrcuma), las catequinas del té (té verde) y el sulforafano (verduras crucíferas). Una vez más, los efectos reales de los polifenoles alimentarios sobre la metilación del ADN en humanos aún no se han investigado de forma concluyente (Milagro et al. 2013).

  1. Vitaminas y minerales

Varios minerales se han relacionado con cambios en los mecanismos epigenéticos que regulan la expresión génica. Entre ellos se encuentran el selenio, el zinc (Ho et al. 2011) y el magnesio (Takaya et al. 2011). Todavía no se pueden hacer recomendaciones de dosificación para el tratamiento de diversas enfermedades. Sin embargo, debe prestarse atención a una ingesta suficiente de estos nutrientes, especialmente en dietas vegetarianas.

  1. Aminoácidos

El aminoácido que parece desempeñar un papel principal en los mecanismos epigenéticos es la metionina, la principal fuente de grupos metilo en las reacciones de biometilación y el regulador clave de la vía metabólica de un carbono (McKay et Mathers 2011). Sin embargo, el metabolismo de otros aminoácidos (serina, glicina e histidina) también desempeña un papel importante en el suministro de donantes de metilo para la metilación del ADN y las histonas (Wang et al. 2012). Alteraciones en el ciclo de varios aminoácidos esenciales, especialmente metionina, cisteína, tirosina, fenilalanina parecen estar asociadas con la obesidad y la resistencia a la insulina e incluso se producen antes de la aparición de la diabetes tipo 2 (Adams 2011).

Bibliografía

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