Aunque coloquialmente se usen como sinónimos, alimento y nutriente no son lo mismo, los alimentos son sustancias líquidas o sólidas que se ingieren para funcionar adecuadamente.
Los nutrientes hacen parte de los alimentos, o pueden suministrarse en suplementos, y son moléculas que son aprovechadas por las células del cuerpo para ser metabolizadas y cumplir una función fisiológica.
Así, mientras que la alimentación es un acto voluntario, la nutrición es un acto involuntario.
En los años 80´s el Dr. Richar Hanson estableció que al igual que los medicamentos, los nutrientes también tienen mecanismos de acción a nivel celular y molecular.
Alimentos funcionales.
Los alimentos funcionales son aquellos, que, además de cumplir su función nutricional habitual, tienen compuestos bioactivos que por lo general son nutrientes, que son capaces de mejorar una función fisiológica específica y por tanto producir un beneficio para la salud.
Los mecanismos de acción de los compuestos bioactivos, al igual que el de los medicamentos pueden ser muy variados: bloquear o estimular enzimas, bloquear o expresar receptores, cambios en la polaridad de las membranas, o cambios en la expresión de los genes, lo que se llama epigenética.
DNA, RNA y Proteínas.
Epigenética
Uno de los mecanismos de acción más sorprendentes de los nutrientes, es la capacidad de “prender” o “apagar” determinados genes, lo que puede hacer que se activen o se silencien algunas enfermedades a las que la persona viene genéticamente predispuesta. A esto se le llama epigenética.
Los cambios que se producen en la epigenética son heredables.
La epigenética actúa principalmente en la transcripción y traducción.
Regulación epigenética transcripcional.
Algunos nutrientes tienen la capacidad de unirse a receptores dentro del núcleo de la célula, una vez se une al receptor nuclear provocan cambios en la actividad transcripcional.
Estos cambios pueden ocurrir por varias vías:
Rutas enzimáticas que interfieren en la modificación de las histonas.
Este mecanismo epigenético actúa sobre las colas de las histonas, ricas en lisina y arginina. Las modificaciones enzimáticas cambian la carga neta de las histonas y por tanto altera la accesibilidad de los genes, de tal manera que la maquinaria de transcripción puede o no llegar a determinado gen.
Las enzimas encargadas de este proceso son las histona metil transferasas (HMT), las histonas desmetilasas (HDMT), las acetiltransferasas (HAT) y las histonas desacetilasas (HDAC).
En términos generales, aunque no es una regla, entre más metilado esté la histona, más empaquetada está y más difícil el acceso de la maquinaria de traducción, lo que se refleja en genes silenciados.
Por el contrario, entre más acetilado esté la histona, es más accesible a la maquinaria de traducción y el gen tiene mayor expresión.
Gráfico 1 que muestra los niveles de empaquetamiento del DNA. En la parte de abajo el DNA se encuentra en su forma de empaquetamiento máximo en forma de cromosoma, hacia arriba progresivamente se muestra el DNA cada vez menos empaquetado. Las proteínas responsables de empaquetar el DNA son las histonas. Entre más empaquetado se encuentre el DNA, menos acceso tienen los genes para ser leídos, y por tanto más silenciados están. Esté es uno de los aspectos de la epigenética. Fuente: Nutrición Molecular Gordillo.
Mecanismos enzimáticos que modulan el patrón de metilación y acetilación de los genes.
No solo las histonas tienen la capacidad de metilarse, también el DNA lo puede hacer. Esta metilación o desmetilación se realiza en las llamadas regiones promotoras de los genes, que son ricas en citocinas.
La molécula resultante entre la unión de la citosina y el grupo metilo es la 5-metilcitosina, que actúa reduciendo la afinidad de la maquinaria de transcripción, generando un silenciamiento génico.
Esta función es realizada por las enzimas metiltransferasas (DNMT) y desmetilasas.
Moléculas de RNA que regulan la estabilidad de los RNA mensajeros.
La modificación de la duración de la vida de los RNA mensajeros es un factor importante para la regulación de la expresión de los genes.
Ciertos nutrientes activan microARNs y ARNs de cadena larga no codificantes, cuya función es unirse a los ARNs mensajeros codificantes para degradarlos, evitar la traducción, con el consecuente silenciamiento génico.
Regulación epigenética transduccional y postransduccional.
El proceso de traducción es también conocido como síntesis de proteínas, es el último proceso de flujo de información genética, que se origina en el DNA, utiliza al RNA como intermediario y finalmente se expresa en forma de proteínas.
Las modificaciones transcripcionales y postranscripcionales ocurren mediante la adición de grupos químicos a las proteínas, que cambian su conformación tridimensional, afectando la función de la proteína.
Dentro de estas modificaciones se encuentran la fosforialción, metilación, acetilación, carboxilación, hidroxilación, glucosialción, acilación y preanilación. Estas modificaciones son facilitadas por ciertos nutrientes.
Nutrientes y epigenética.
La dieta afecta la expresión o el silenciamiento génico por diversos mecanismos, la investigación actual está muy activa en dilucidar los mecanismos de acción de los nutrientes y así emplearlos como terapias preventivas o terapéuticas para algunas enfermedades.
Varios estudios han logrado identificar el tipo de cambio epigenético, el gen afectado y la respuesta a nivel de salud, como lo indican los cuadros a continuación:
| Factor Dietético | Cambio Epigenético | Enfermedad |
| Dieta baja en proteínas | Acetilación MR1H3 | Diabetes tipo 2 |
| Deficiencia de cromo | Metilación de genes relacionados con la insulina | Diabetes tipo 2 |
| Deficiencia de vitamina D | Metilación NFKBIA | Diabetes tipo 2 |
| Deficiencia de calcio | Metilación HSD11N1 | Diabetes tipo 2 |
| Deficiencia de magnesio | Metilación HSD11N1 | Diabetes tipo 2 |
| Deficiencia de selenio | Metilación TLR2, ICAM1 | Enfermedad Cardiovascular |
| Deficiencia de vitamina A | Metilación GATA4 | Enfermedad Cardiovascular |
| Deficiencia de vitamina B12 | Metilación SREBF1, LDLR | Dislipidemia |
| Dieta baja en proteínas | Acetilación CYP7A1 | Dislipidemia |
| Dieta alta en azúcar | Metilación LEP, FASN | Obesidad e hígado graso |
| Deficiencia de colina y folatos | Expresión de microRNA (miR-134, miR-409, miR-410, miR-495) | Hígado graso |
| Deficiencia de colina y folatos | Metilación APOE, FOXA1, FOXA2 | Higado graso |
| Bajo consumo de frutas | Metilación LINE-1 | Cáncer |
Tabla 1: Efecto entre la ingesta de nutrientes y modificaciones de los mecanismos epigenéticos que conllevan a enfermedades: LEP, leptin; FASN, fatty acdi synthase; OPRM1, opioid receptor mu 1; PENK, preproenkephalin; DAT, dopaminte transporter; CYUP7A1, cytochrome P450 family 7 subfamily A member 1; NR1H3, nuclear receptor subfamily 1 group H member 3; LINE-1, long interspersed element-1; MLH1, mult homolog 1; APOE, apolipoproein E; FOXA1, forkhead box A1; FOXA2, forhead box A2; SRBF1, sterol regulatory element binding transcription factor 1; LDLR, low-density lipoprotein receptor; NFKBIA, NFKB inhibitor alpha; GATA4, GATA binding protein 4; TLR4, toll-like receptor 2; ICAM1, intercellular adhesion molecule 1; VHL, Von Hippel-Lindau; HSD11B1, hydroxysteroid 11-beta dehidrogenase 1; HSD1B2, hydrosysteroid 11-beta dehydrogenase 2. Fuente: Ramos Lopez et al (2017).
| Intervención Dietética | Cambio Epigenético | Potencial Efecto |
| Polifenoles de la manzana | Metilación SERBF1, PPARGC1A | Antiobesidad |
| Dieta Mediterránea | Metilación EEF2, IL4, MAPKAPK2, IL6 | Antiinflamatoria |
| Aceite de pescado y pectina | Expresión de microRNA (miR-19b, miR-26b, miR203) | Anticancer |
| DHA Omega 3 | Expresión de microRNA (miR-192, miR30c) | Antilipidico |
| Curcumina | Actividad de HAT | Prevención Enfermedad CV |
| Curcumina | Metilación FGFR3, FZF10, GPX4, HOXD3 | Antifibrótico |
| Resveratrol | Metilación BCRA-1 | Anticancer |
| Resveratrol | Activación SIRT1 | Anticancer |
| Resveratrol | Expresión microRNA (miR-129, miR-328-5p, miR-539-5p) | Antilipidico |
| EGCG | Metilación RXRA | Anticancer |
| EGCG | Expresión microRNA miR-16 | Anticancer |
| EGCG | Actividad HDAC | Anticancer |
| EGCG | Acetilación P53 | Anticancer |
Tabla 2. Efecto que las intervenciones nutricionales ejercen sobre distintos mecanismos epigenéticos. DHA, docosahexaenoic acid; PUFA, plyunsatured fatty acid; EGCG, epigallocatechin-3-gallate; EEF2, eukaryotic translation elongation factor 2; IL4I1, IL-4 induced 1; MAPKAPK2, mitogen-activated protein kinase-activated protein kinase 2; IL6, Interleukin-6; CNR1, cannabinoid receptor 1; BRCA1, DNA repair associated; SIRT1, sitruin 1; FASN, fatty acid synthase; RXRA, retinoid x receptor alpha; EZH2, enhacer of zeste homolog 2; FGFR3; fibroblast growth factor receptor 3; FZD10, frizzled class receptor 10; GPX4, glutathione peroxidase 4; HOXD3, homeobox D3; HATs, acetyltransferases; HDACs, histone deacetylases; H3, histone 3; ERS1, estrogen receptor 1 (alpha); SREBF1, sterol regulatory element binding transcription factor 1; PPARGC1A, peroxisome proliferative activated receptor gamma coactivator 1 alpha. Fuente: Ramos-Lopez et al. (2017).
Conclusión.
Los nutrientes son capaces de ejercer cambios en la expresión de los genes, de la calidad de la alimentación va a depender si desarrollamos enfermedades a las que estamos genéticamente predispuestos.
La dieta tiene el potencial de afectar el epigenoma desde diferentes frentes, transcripcionales, transduccionales y postransduccionales, que pueden actuar en la prevención y tratamiento de varias enfermedades.
Dr. Andrés Naranjo Cuéllar.
Médico y Cirujano.
MsC en Nutrición.
Bibliografía.
Andreu, Vicente., (2019) Genómica Nutricional. Ed. VIU.
Gordillo, Daniela., Gordillo, Elizabeth., (2015) Nutrición Molecular. Ed McGraw Hill.
Ramos-Lopez et al., (2017) Guide for Current Nutrigenetic, Nutrigenomic, and Nutriepigenetic Approaches for Precision Nutrition Involving the Prevention and Management of Chronic Diseases Associated with Obesity. J Nutrigenet Nutrigenomics 2017;10:43-62. doi: 10.1159/000477729. https://www.karger.com/Article/FullText/477729
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