10 Avanços em Nutrigenômica Obtidos em Dez anos de Pesquisas (2008-2018)

← Publicado em 10 de fevereiro de 2018

←Aidan ConnollyEntre para seguir este autorInovação em agronegócios, instrutor em agricultura, viajante global, + de 10mil seguidores

‘Você é o que come’ – esta é uma frase que pode nos assustar, dependendo do que está em nossa boca neste exato momento! Embora esta frase seja provavelmente tão antiga quanto a humanidade, pesquisas comprovam a importância de ingerir os alimentos corretos, no momento correto, tanto em seres humanos quanto em animais. Nossos genes representam a matriz que define quem somos, mas sua expressão para a produção de proteínas depende da nutrição. O padrão de ‘expressão gênica’ determinado pelo alimento, também conhecido por nutrigenômica, determina se estamos doentes, como nosso organismo irá reagir à doença e se o que comemos ou fazemos pode contribuir para nossa recuperação.

[Ernie Fletcher, Governador do Kentucky, com o Dr. Pearse Lyons, Presidente da Alltech, inauguram o Centro de Nutrigenômica Alltech.]

O exame de um pequeno chip (direita), representando todos os genes dos tecidos que compõem um indivíduo, permite aos cientistas prever exatamente quais efeitos devem ser obtidos a partir de alterações da dieta, pois permite observar quais genes são ativados e desativados (em outras palavras, “ligados” ou “desligados”).O Centro de Nutrigenômica Alltech, primeiro do gênero no mundo, foi inaugurado há 10 anos para se dedicar ao estudo do impacto da nutrição animal sobre a expressão gênica. Este avanço permitiu aos cientistas determinar em apenas algumas horas os resultados a serem obtidos com o fornecimento de determinados alimentos, rações e suplementos nutricionais a animais sem ter que esperar meses ou mesmo anos para obter os resultados em ensaios de campo convencionais.Nestes dez anos, a nutrigenômica passou a ter aplicações como:a) Compreender como alimentos específicos alteram a expressão gênica b) Rapidamente fazer a triagem de novos nutrientes com benefícios semelhantesc) Prever respostas a nutrientes ou alimentos alternativos.

1. AMAIZE - Verdadeiramente surpreendente Embora considerado ‘surpreendente’ por produtores que utilizaram Amaize, este é um produto com um modo de ação único. Bovinos e outros ‘ruminantes’ dependem do primeiro estômago (rúmen) para degradar as fibras da dieta. Enzimas como Amaize ajudam neste processo de digestão e pesquisadores demonstraram através de técnicas tradicionais que a adição

de Amaize efetivamente resulta em melhoras significativas em ganho de peso de carcaça em bovinos de corte (média +10 kg) e produção de leite (1,5- 2 kg por dia).Entretanto, o exame da expressão gênica em amostras de tecido contou uma história diferente; o impacto das enzimas sobre o metabolismo do animal resulta em efeito anabolizante de Amaize, ou seja, promove também o crescimento do animal.Foram observados diversos efeitos importantes. Genes relacionados à expressão de IGF-1 (fator de crescimento semelhante à insulina), receptores de insulina e hormônio de crescimento foram afetados positivamente. Este grupo de genes tem correlação direta com o aumento da atividade metabólica e crescimento do organismo. Tipicamente, quando os níveis de insulina se elevam, os níveis de receptores de insulina são reduzidos. Outro exemplo seria o diabetes, em que os seres humanos afetados têm dificuldade em controlar seus níveis de glicemia. Como no caso de Amaize tanto os níveis de insulina quanto de seus receptores foram elevados, os cientistas então procuraram descobrir qual seria o nível ideal de inclusão de Amaize. Níveis insuficientes ou excessivos poderiam ter efeito adverso sobre os ruminantes e reduzir os benefícios obtidos com a enzima.A nutrigenômica possibilitou aos cientistas compreender de forma precisa a verdadeira função de Amaize, tornando possível fazer recomendações específicas para os produtores quanto aos níveis ideais de inclusão na dieta dos bovinos para maximizar a produção e a rentabilidade. Principal Cientista:Dr. Karl Dawson.

2. EconomasE: Uma Alternativa Econômica para a Vitamina EMuitos consideram EconomasE como a primeira inovação fundamental da nutrigenômica. É basicamente um suplemento antioxidante obtido a partir de algas e que possui funções biológicas semelhantes às da vitamina E, mas a um custo inferior.

Mais Alta Mais BaixaExpressão relativa

A vitamina E é conhecida por suas potentes propriedades antioxidantes. Os antioxidantes inibem a oxidação de outras moléculas, que produzem radicaislivres que causam dano às células do organismo por seus elétrons livres, nãopareados. Os médicos recomendam ingerir frutas vermelhas, verduras de folhas verdes e nozes para proteger e manter sua saúde (e de suas células)! O indivíduo que consome antioxidantes é mais saudável de forma geral e resiste mais às doenças.Além dos seres humanos, animais também são beneficiados por antioxidantes e isso explica a recomendação da inclusão de vitamina E na dieta de todos os animais de produção. O custo da vitamina E, no entanto, é bastante elevado e os produtores muitas vezes procuram minimizar sua inclusão nas rações. Uma consequência da menor proteção antioxidante pode ser maior necessidade de uso de antibióticos. A história dos antibióticos nas rações é revista neste artigo.

Animais Individuais

Através da nutrigenômica, os cientistas desvendaram o modo de ação da vitamina E e em seguida procuraram identificar outros compostos ou combinações com efeitos semelhantes. Um destes compostos foi um antioxidante derivado de algas e estudos comprovaram que era capaz de replicar os efeitos da vitamina E sobre a expressão gênica. Este efeito foi confirmado em 46 ensaios subsequentes conduzidos em aves, suínos e bovinos. EconomasE foi capaz de manter a qualidade da carne e os efeitos benéficos protetores e antioxidantes da vitamina E, mas sem seu alto custo. Principal Cientista: Dr. Ronan Power, saiba mais sobre suas pesquisas clicando aqui!

3. Usando Zn para controlar a ENZn (símbolo do Zinco, para aqueles que dormiram na aula da química sobre a tabela periódica) é um oligoelementos mineral necessário para o crescimento e desenvolvimento de todos os animais. Um de seus efeitos é atuar nas defesas do organismo contra gripes e infecções. Em animais, ajuda

a combater uma grave infecção intestinal conhecida como enterite necrótica (EN), que causa prejuízos globais anuais para a avicultura estimados em 5 a 6 bilhões de dólares e taxas de mortalidade de até 1% ao dia.A enterite necrótica é causada pela família de bactérias patogênicas do Clostridium perfringens, que causa lesões intestinais e inibe a absorção de nutrientes, comprometendo ainda mais a saúde da ave afetada e podendo levar à sua morte. Nos últimos anos, os cientistas procuraram identificar maneiras de atenuar os efeitos da enterite necrótica em animais de produção tais como aves, suínos e bovinos. A nutrigenômica demonstrou quehavia efeito favorável da adição de zinco na forma de bioplex às dietas de animais sobre a expressão gênica, especialmente em condições de desafio imunológico ou doença. Bioplex Zinco também contribui para promover melhor absorção de nutrientes, contribuindo para que os animais fiquem mais fortes, mais saudáveis e resistam melhor aos desafios.A nutrigenômica confirmou que a forma de zinco usada é importante. Formastais como óxido ou sulfato de zinco, por exemplo, tipicamente usadas em dietas animais e suplementos para consumo humano, são menos eficazes que as formas conectadas a peptídeos, pois afetam a maneira como o zinco é absorvido. O tratamento holístico do animal, fornecendo nutrientes na forma ideal, o prepara melhor para combater doenças infecciosas, resultando em menor uso de antibióticos e melhor eficiência alimentar, contribuindo para a economia de bilhões de dólares anuais. Principal Cientista: Dr. Daniel Graugnard.

4. Mitigando Miopatias na CarneHá apenas cinco anos, a condição conhecida como “peito amadeirado” nem existia na lista de problemas enfrentados por produtores de frangos. Hoje emdia, causa prejuízos da ordem de 200 milhões de dólares ou mais nos EUA e afeta frangos produzidos em países como Brasil, Espanha e Itália, entre outros. Este problema faz com que a carne do peito fique dura, fibrosa e inadequada para consumo. O FSIS (Serviço de Inspeção e Segurança de Alimentos do Departamento de Agricultura dos EUA decretou que a carne de frango deve ser inspecionada manualmente para evitar que produtos adulterados cheguem ao mercado.Embora a genética certamente tenha influência, o peito amadeirado é geralmente considerado como sendo diretamente correlacionado com a velocidade de crescimento das aves. Se considerarmos que em 1930, os frangos eram abatidos com peso médio de 1,1 kg (e levavam 50 dias para ganhar 500 gramas) e hoje, menos de 100 anos depois, abatemos as aves pesando 3 a 4 kg e ganham 500 gramas a cada 8 dias!A explicação científica é que estes frangos de crescimento acelerado estão sendo afetados por hipóxia (deficiência de oxigenação), estresse oxidativo, inflamação e maior deposição de tecido fibro-adiposo. Do ponto de vista do consumidor, a carne fica dura e, embora não faça nenhum mal, a experiência de consumo de carne de frango passa a ser desagradável. Mudanças no padrão de expressão gênica permitiram o desenvolvimento de um programa de qualidade da carne que reduz os efeitos oxidativos no

organismo da ave e produz filés de frango de consistência e sabor normal. Principal Cientista: Dra. Rebecca Delles, que sugere a leitura deste artigo para maiores detalhes científicos sobre as miopatias que afetam a qualidade da carne!

5. Actigen: “A Força”Parece mais coisa de super-herói que suplemento nutricional para animais, mas há uma razão para toda esta fama. Durante muitos anos, o Bio-Mos, à base de mananoligossacarídeos, foi a grande estrela da nutrição animal, tanto por seus efeitos de melhora de desempenho como por constituir uma alternativa natural aos antibióticos. O Bio-Mos aglutinava os patógenos intestinais, melhorando a saúde intestinal e a absorção de nutrientes. O desafio era superar a variação natural, padronizando coloração, odor e granulometria, tornando o produto mais concentrado, mais acessível em termos de custo e rastreável. Depois de quatro anos de trabalho, foi criado o produto Actigen; mas como os cientistas poderiam comprovar sua eficácia em animais? Mais uma vez, pela nutrigenômica!

MRF Controle

Actigen é a fração do Bio-Mos rica em manose (mannose rich fraction - MRF).As pesquisas de nutrigenômica rapidamente confirmaram que era muito semelhante ao Bio-Mos, mas com potência 2,5 a 5 vezes maior, além de apresentar um potente efeito anti-inflamatório. A imagem à esquerda é uma amostra de agrupamento hierárquico e indica como MRF afeta a expressão gênica e “liga” os genes necessários para melhor desempenho animal.Ensaios nutricionais de campo comprovaram que Actigen promove a plena expressão do potencial genético dos, mas a confirmação de seu valor biológico através da nutrigenômica permitiu economizar meses e até mesmoanos de pesquisas e os resultados foram obtidos em poucas semanas. Principal Cientista: Dr. Colm Moran, que participou das pesquisas publicadas neste artigo científico.

6. Você é o que sua mãe comeu – A ciência da EpigenéticaA epigenética estuda como o impacto do meio-ambiente afeta a expressão da herança genética, e é a ciência que vai revolucionar a maneira como encaramos a nutrição. No caso do título, a alimentação de pais, avós, etc.,

afeta a expressão gênica de um indivíduo, mas estes efeitos não se restringem apenas aos tipos de alimentos. Estudos demonstraram que comer demais, de menos, nível de exercício, tabagismo, etc., têm potenciais efeitos benéficos ou negativos sobre as gerações futuras.

Figura 2. Um total de 659 genes foram afetados (262 supra-regulados, 397 infra-regulados) pela suplementação materna com ACT (P<0,05, FC>1,2).

Fêmeas suínas prenhes da maior granja de suínos do mundo foram suplementadas com Actigen durante o ultimo trimestre de gestação e foram observados benefícios epigenéticos. Amostras de tecidos da progênie apresentaram alterações de expressão gênica sugestivas de fortalecimento do sistema imunológico e melhora da captação de nutrientes. A epigenética sugere que ao fornecer Actigen às mães, suas leitegadas são muito mais saudáveis que as de mães não suplementadas.Leitões mais saudáveis ganham mais peso, são mais eficientes, têm sistema imunológico mais ativo e menor probabilidade de ficarem doentes. Melhor para os suínos, ainda melhor para os suinocultores. Principal Cientista: Dra. Kristen Brennan publicou um artigo científico demonstrando os efeitos positivos em leitões.

7. Nutrição Programada: condicionando a expressão gênicaAo longo da vida de seres humanos ou animais, seus genes podem ser condicionados. Através de programas nutricionais específicos, os genes podem ser preparados a partir de uma determinada dieta e quando se fornece uma segunda dieta, estes genes podem ser expressos de maneira a beneficiar o animal. Isto pode ser especialmente benéfico em bovinos de corte, pois os animais são produzidos em um local e transferidos múltiplas vezes, o que não estimula os produtores a investirem em programas

nutricionais que dão retorno no longo prazo. Nutrição programada demonstraque o fornecimento de suplementos específicos em determinados momentose níveis específicos a animais recém-nascidos pode “ensinar” o organismo a melhor utilizar e reter estes nutrientes. À medida que o animal cresce, se torna mais eficiente e necessita de menos nutrientes, se comparado a animais recebendo níveis excessivos convencionais de suplementos.

Um exemplo é o Epnix. No programa nutricional para criar condicionamento genético, o momento em que Epnix é fornecido aos bovinos é crítico. O processo consiste de duas etapas: a primeira condiciona o organismo do animal a utilizar melhor os nutrientes e na segunda parte, estes nutrientes são fornecidos em níveis ideais.Epnix é um programa nutricional natural que pode afetar de maneira positivao desempenho dos bovinos, a qualidade da carne e até mesmo reduzir o impacto ambiental da produção de carne bovina. Animais alimentados com acombinação correta de oligoelementos minerais orgânicos no momento maisadequado produzem carne de melhor qualidade e consistência, além de vidade prateleira mais longa. Ao comprar seu próximo filé no supermercado, considere a aparência da carne; animais mais saudáveis produzem carne mais vermelha, mais suculenta. Principal Cientista: Dr. Vaughn Holder. Pesquisa publicada disponível aqui; assista ao podcast em que o Dr. Holder descreve detalhes dos incríveis benefícios de Epnix.

8. Nutrição In ovo – alimente o ovo antes do pintoA partir da postura, o pinto eclode depois de 21 dias, que é o período necessário para seu desenvolvimento. Sabemos que o embrião ingere alimento quanto está dentro do ovo, mas nem sempre é só a clara, bactériase possíveis agentes infecciosos que porventura estejam dentro do ovo também causam preocupação. Enquanto antibióticos e desinfetantes eram a norma, agora nosso interesse está em nutrição, probióticos e prebióticos.A nutrigenômica permitiu aos cientistas determinar o que acontece quando diferentes nutrientes são introduzidos no ovo e quantificar seus efeitos. Quando usados corretamente, os métodos nutricionais in ovo (dentro do ovo,em latim) podem ser uma poderosa ferramenta de controle e prevenção de doenças e para melhorar o desenvolvimento e a saúde do animal.

Injeções cuidadosas administradas no ovo incubado contendo pequenas doses do açúcar hidrossolúvel MR8, obtido de uma levedura probiótica, resultam na produção de pintinhos com sistemas imunológicos mais ativos e sistemas digestivos mais eficientes após a eclosão. Além disso, a eclodibilidade também aumenta, com maior número de pintos viáveis e menor mortalidade na primeira semana de vida. A nutrigenômica demonstrou que os embriões suplementados com o açúcar MR8 resultam empintos mais fortes em termos fisiológicos e estruturais, com sistema digestivo mais desenvolvido, mais aptos a sobreviver que os não suplementados com o açúcar.A implementação de sistemas nutricionais in-ovo exige maquinário especial nos incubatórios que incubam milhares de ovos, mas a tecnologia já existe, sinalizando um brilhante futuro para os pintos. Principal Cientista: Dr. Rijin Xiao, co-autor deste abstract explicando os efeitos benéficos de MOS em ovos incubados. 9. Servindo Salmão Sem Piolhos-do-MarO consumo de peixe está mais em moda e a aquicultura ganhou importância. Na verdade, atualmente mais peixe está sendo produzido em cativeiro do que obtido através de pesca. A aquicultura traz desafios de controle de doenças e parasitas para os produtores. Todos os anos, os prejuízos causados por um único parasita, o piolho-do-mar, chegam a 1 bilhão de dólares. Os salmões convivem com este parasita há muito tempo edesenvolveram um mecanismo de proteção de secreção de muco entre as escamas. A proteção é eficaz, mas se os piolhos-do-mar forem muito numerosos ou grandes podem prejudicar os peixes e até matá-los.Até há pouco tempo não havia chip gênico para o salmão (a única espécie era o peixe-zebra, uma espécie ornamental). O novo chip gênico para o salmão permite que os pesquisadores testem uma série de intervenções nutricionais do ponto de vista da nutrigenômica e já existem evidências promissoras para o controle dos piolhos-do-mar em salmões.Os cientistas já sabem como modular o sistema imunológico dos peixes. O Dr. Keith Filer e sua equipe descobriram como estimular a as células produtoras de muco, tornando-o mais pegajoso e impedindo a penetração dos piolhos-do-mar. Para saber mais sobre piolhos-do-mar e a indústria do salmão, acesse “For salmon’s sake: Seeking solutions to sea lice.” Principal Cientista: Dr. Keith Filer 10. Reavaliando a Doença de AlzheimerSob a perspectiva do ser humano, provavelmente o trabalho mais importante do Centro de Nutrigenômica Alltech é o que estuda o AT-001. Estudos de nutrigenômica indicam que determinados nutrientes contendo selênio têm a capacidade de alterar as vias bioquímicas associadas a uma série de doenças graves, como a Doença de Alzheimer e outras condições neuro-degenerativas.Em colaboração com o finado Dr. William Markesbery, ex-diretor do Centro do Envelhecimento Sanders-Brown da Universidade do Kentucky, a Alltech

avaliou um destes compostos, AT-001, em um modelo murino bem estabelecido para a Doença de Alzheimer quanto a seus efeitos sobre os processos neurodegenerativos.AT-001 reduziu em 40-50% a incidência de emaranhados de proteínas mal dobradas, conhecidos como placas de amiloide geralmente associadas à Doença de Alzheimer, neste modelo da DA em camundongos. Além disso, a destruição causada por danos oxidativos no tecido cerebral destes animais foi reduzida de maneira geral. Por exemplo, o dano oxidativo ao DNA e RNA foi reduzido em 35% e 60%, respectivamente.Testes do AT-001 em outras espécies animais e em tecidos demonstraram significativo aumento da atividade das mitocôndrias. As mitocôndrias são as organelas responsáveis pela produção de energia nas células e, portanto, essenciais para a vida. A literatura científica descreve como mesmo pequenas reduções da atividade mitocondrial estão correlacionadas à ocorrência de pelo menos 50 doenças diferentes. Algumas estão indicadas na figura abaixo.

AT-001: Fortes indícios de aumento da atividade das mitocôndrias.

Certos tipos Doenças Doença de Diabetesde câncer Vasculares Alzheimer Tipo 2

Doença de CardiomiopatiaParkinson

Autismo Esquizofrenia

Ataxia Sarcopenia

Osteoporose Insuficiênciaovariana

SLAEpilepsia

Fibromialgia

Estes resultados iniciais desvendaram um campo totalmente novo de pesquisas, de avaliação do impacto fisiológico dos mais de 100 subcomponentes individuais do AT-001. Três pequenos compostos à base de selênio demonstraram excelente atividade em cultura de células e em modelos animais de diabetes tipo 2. Além disso, o composto do AT-001 responsável por reduzir a deposição de placas de amiloide foi identificado e caracterizado. Atualmente, o AT-001 está sendo testado em ensaios clínicos de Fase II em seres humanos, em uma população de indivíduos idosos sob risco de desenvolver a DA. Principal Cientista: Dr. ZJ Lan

Estes últimos dez anos foram marcados por incríveis avanços científicos e desenvolvimentos tecnológicos na ciência da nutrigenômica e certamente são apenas algumas das conquistas a serem obtidas com o avanço da tecnologia e análise de dados. Seres humanos, animais de companhia e animais de produção serão beneficiados. Boas notícias para os animais, para o consumidor e para o meio ambiente.

Este blog se baseia em artigos publicados com Alexa Potocki - https://www.linkedin.com/in/alexapotocki