sábado, 21 de abril de 2012

Qué es la proteómica? no dependemos de los genes; dependemos de la expresión de estos + la transcriipción + las proteínas que se generan

Quiero comenzar hablando de un concepto que está equivocado. Un gen no es el responsable de la formación de una única proteína sino que es más probable que un gen sea el responsable de la formación de múltiples proteínas. El genoma humano está constituido por más de 25.000 genes, los cuales cuando se activan se transcriben al lenguaje de RNA mensajero. Esta transcripción está sometida a muchos factores que aumentan la variabilidad, de tal forma que cuando este RNA mensajero se traduce al lenguaje de las proteínas, el número de éstas aumenta hasta 250.000 en el ser humano. A su vez, las proteínas están sometidas a modificaciones postraduccionales que vienen dadas por el medio ambiente, por la toma de fármacos y por situaciones de estrés y así vamos aumentando la variabilidad.

Podemos decir que los genes permanecen muy poco alterados a lo largo de la vida de un organismo, es decir, se comportan de una manera estática. Sin embargo, las proteínas son dinámicas cambian con el medio ambiente. Estos cambios dependen tanto de la secuencia genómica como de las relaciones del individuo con el medio ambiente y no hay que olvidar que una de las principales relaciones que tenemos con el medio ambiente es precisamente la nutrición.

Así pues, estamos avanzando desde unos estudios basados en la genómica a otras disciplinas que están abordando todos estos procesos que van desde la secuencia genética hasta la síntesis de las proteínas y su metabolismo. De este modo están emergiendo técnicas que se centran en el transcriptoma, que estudia qué genes son activos, otras técnicas se centran en la proteómica y otras en la metabolómica, es decir, del flujo de metabolitos y de la función de las proteínas en los distintos ciclos metabólicos.

¿Qué es la proteómica?

La proteómica es el estudio del proteoma, es decir, es el estudio de las proteínas que se expresan en un grupo de células en un momento determinado. ¿Y qué nos puede aportar la proteómica? Imaginemos una comparación entre unas células en un estado normal (sano, control) y otras en un estado patológico. La comparación entre estas dos situaciones nos podría ayudar a identificar señales moleculares relacionadas con las distintas patologías, posibles dianas terapéuticas, efectos pleiotrópicos de los tratamientos farmacológicos e incluso biomarcadores de pronóstico de la enfermedad, de diagnóstico, de evolución y de respuesta a algún tratamiento farmacológico. Es decir, de alguna manera nos podría ayuda a enfocar un tratamiento individualizado, dependiente de las características de cada persona.

Técnicas de proteómica

Hay distintas técnicas de proteómica pero yo me centraré en la electroforesis bidimensional acoplada a técnicas de espectrometría de masas y de identificación de proteínas, que son las técnicas más usadas y las que aparecen con mayor frecuencia en la literatura.

La electroforesis bidimensional es una técnica de separación de proteínas. Somos capaces de extraer las proteínas de un grupo de células de un órgano que queremos estudiar y las sometemos a una separación basándonos en dos características: una es el punto isoeléctrico, de tal forma que las proteínas se separan en el eje horizontal dependiendo de su punto isoeléctrico y una segunda separación se efectúa en el eje vertical, dependiendo de su peso molecular. De esta forma obtenemos un mapa de expresión proteico en el que cada punto corresponde a una proteína y en el que cada proteína tiene unas características determinadas y específicas en cuanto a su punto isoeléctrico y su pH .

Posteriormente, podemos evaluar la expresión de estas proteínas mediante programas de análisis bioinformáticos y podemos identificarlas mediante comparación con bases de datos que están disponibles en internet o mediante técnicas más complejas como es la espectrometría de masas. Lo más importante de estas técnicas es que podemos distinguir entre las distintas isoformas de una proteína.

Proteómica y Nutrición

La proteómica nos puede ayudar a buscar soluciones a problemas en los que la nutrición tiene un importante papel tanto en la prevención como en el tratamiento de enfermedades. Hay ejemplos de aplicación de la proteómica en estudios de obesidad, de diabetes, de distintas enfermedades cardiovasculares, en el cáncer y en problemas asociados con la edad.

En la literatura apenas existen estudios de la proteómica aplicados al campo de la nutrición y la mayor parte se trata de estudios básicos que están centrados en modelos animales o en cultivos celulares, pero he aportado un pequeño resumen de las posibles aplicaciones de la proteómica en el campo de la nutrición.

Hablaré de la proteómica en el estudio de la composición y características de la dieta, en estudios del tracto gastrointestinal, en el metabolismo, en el papel de los nutrientes y los efectos farmacológicos.

Estudios sobre composición y características de la dieta

Se ha aplicado la proteómica en un estudio realizado en el año 2005 (D´Auria E. Acta Paediatr. 2005) para caracterizar distintas isoformas de las beta lactoglobulinas, de las que se piensa que son las principales responsables de la alergia a la leche de vaca.

Se evaluaron distintas leches procedentes de diferentes mamíferos para valorar un posible sustituto a la leche materna, ya que la principal causa de alergia en edad infantil es debido a la ingesta de leche de vaca. Estos autores analizaron y compararon el proteoma de la leche de cabra, de oveja, de búfalo, de vaca, de yegua y de burro. Por desgracia, todas tienen una proporción mayor de beta lactoglobulina que la leche materna pero, curiosamente, desde el punto de vista de la proteómica, en cuanto a disposición de proteínas, número de isoformas y su expresión, las más parecidas a la leche materna son la de cabra y la de yegua.

Estudios del tracto gastrointestinal y absorción de nutrientes

En el año 2005 Marvin-Guy y colaboradores (Marvin-Guy L. Proteomics 2005) realizaron un estudio en el plexo mientérico del músculo liso longitudinal en animales de experimentación. Se trata de un estudio descriptivo pero tiene validez porque han sido capaces de identificar más de 1.000 proteínas distintas en diferentes segmentos del intestino.

Esto nos podría ayudar a identificar nuevas proteínas relacionadas con la aparición de enfermedades, con la digestión y con el tránsito de nutrientes. Como ejemplo, la proteína TCTP que está implicada en el desarrollo del cáncer de colon. Otras proteínas están asociadas tanto al transporte de nutrientes como de ácidos grasos (como la proteína de unión al ácido retinoico y ácidos biliares). Todo ello nos aportaría nuevas dianas para estudiar cómo funciona la dieta, su metabolismo y el tránsito de nutrientes.

Estudios relacionados con el metabolismo

En cuanto a estudios relacionados con el metabolismo, hay uno realizado en el año 2004 (Yan L. J Mol and Cell Cardiol 2004) en el que estudiaron el metabolismo cardíaco en monos, analizando las diferencias entre machos ancianos y jóvenes. Compararon el metabolismo de los corazones en las distintas edades y trataron de establecer las diferencias que existían en las últimas etapas de la vida entre distintos géneros para tratar de dar una explicación al distinto riesgo cardiovascular que existe entre machos y hembras en edad adulta.

Al analizar el proteoma del corazón a nivel de ventrículo izquierdo observaron que los monos machos adultos tenían deficiencias en proteínas relacionadas con el metabolismo, en concreto, todos tenían un patrón de expresión muy parecido a la expresión de la piruvato quinasa. Si comparaban un macho joven con un macho anciano, veían que la expresión de esta proteína estaba significativamente disminuida en los ancianos. Por el contrario, si comparaban hembras jóvenes con ancianas se observaba una deficiencia no significativa. Si se comparaban hembras ancianas con machos ancianos, se observaba una diferencia mayor y significativa. Estos autores interpretan estos datos como una posible explicación del por qué las mujeres en la edad adulta tienen una mayor protección cardiovascular e incluso una mayor longevidad.

Estudios del papel de nutrientes en la salud y la enfermedad

En cuanto al papel de los nutrientes en la salud y en la enfermedad, la mayor parte de estudios que existen se han realizado a partir de la soja y sus derivados, en concreto con la genisteína que es la principal isoflavona de la soja. La genisteína se piensa que, entres sus diferentes funciones, tiene una función de protección frente a distintos tipos de cáncer, entre ellos el de mama.

Unos investigadores en el año 2005 (Rowel C. J Nutr 2005) hicieron un experimento en ratas, a unas les indujeron químicamente cáncer de mama y a otras, además de inducirles el cáncer, les administraron genisteína. Mediante estudios de proteómica observaron modificaciones en 5 proteínas. Se centraron en la proteína GTP-CH1, que tiene especial relevancia en la regulación de otras proteínas relacionadas con el cáncer y proliferación celular. Lo que observaron fue que en el grupo que tomaba genisteína, la proteína GTP-CH1 estaba aumentada, lo que originaba una disminución de expresión de VFG2, que es una proteína relacionada con la proliferación celular y la susceptibilidad al desarrollo de cáncer. Estos investigadores demostraron en animales de experimentación que la genisteína tiene un papel protector frente al cáncer de mama.

Estudios relacionados con efectos farmacológicos

En nuestro laboratorio estamos llevando a cabo un estudio en el que analizamos el proteoma plasmático de pacientes hipercolesterolémicos, antes y después de la toma de una estatina. Observamos que, además de producirse una disminución de los niveles de colesterol, se producía también una disminución de distintos marcadores inflamatorios.

En busca de una dieta individualizada. Proteómica en deporte

Lo que se busca con todos estos estudios es definir una dieta individualizada, es decir, cada individuo tiene unas características y unas necesidades que debemos conocer para prevenir una enfermedad, curarla o adecuarla si estamos en una situación con requerimientos nutricionales especiales. Esto último ocurre en caso de deportistas de élite. En este campo estamos realizando un estudio en el que participan futbolistas de liga de la primera división española.

Nuestro objetivo se centra en la valoración de la hipertrofia cardíaca que se produce en el deportista y que es diferente a la que se produce en estados patológicos. Hay una serie de adaptaciones cardiovasculares secundarias al ejercicio crónico, se produce una hipertrofia cardíaca, bradicardia, un aumento de la función contráctil, aumenta la capacidad máxima de captación de oxígeno, un incremento de la capacidad de trabajo y una serie de efectos beneficiosos, siempre que este ejercicio sea moderado. Se ha visto que revierten parcialmente las anomalías contráctiles asociadas a la hipertensión. Hay muy pocos estudios de proteómica aplicada al deporte.

¿Cuál es el planteamiento de nuestro estudio? El ejercicio de intensidad alta no siempre es beneficioso por distintas razones. Se producen especies reactivas de oxígeno, aumento de la respuesta inflamatoria y daños oxidativos en distintos órganos. Todo ello incrementa el riesgo de padecer lesiones, lo que se conoce como síndrome de sobreentrenamiento.

En nuestro laboratorio realizamos análisis proteómicos en plasma, en monocitos y en polimorfonucleares con muestras de sangre de deportistas de élite (futbolistas de primera división). Estudiamos distintos biomarcadores que pueden dar información acerca del diagnóstico de sobreentrenamiento y sobre su protección. Intentamos también correlacionar estos datos con distintos parámetros fisiológicos y antropométricos que se utilizan en el día a día de la vida del deportista para evaluar el rendimiento físico y cardiovascular.

Nuestro estudio se encuentra en una fase preliminar en la que estamos analizando los datos. Se han estudiado 12 deportistas de élite y se ha elegido como grupo control una serie de personas con hábito deportivo normal (hacen deporte esporádicamente). Hemos estudiado una serie de proteínas: la alfa 1 antitripsina (AAT), la proteína de unión a vitamina D (P-vD), la cadena gamma del fibrinógeno, la alfa-1-antiquimotripsina, la polipoproteína A4 y la haptoglobina, además de una serie de proteínas que estamos pendientes de analizar por espectrometría de masas para su identificación.

En relación con la AAT, hemos identificado 5 isoformas. Una de éstas, la AAT 5, está incrementada de manera significativa en el grupo de élite. Esta proteína está relacionada con la inflamación y se le han atribuido efectos cardioprotectores. También se ha observado un incremento de la isoforma 6 de la haptoglobina en el grupo de deportistas. Esta proteína, entre otras, tiene una función antioxidativa. Podemos deducir que estos deportistas tienen aumentados sus mecanismos antioxidativos en respuesta quizá a una reacción de inflamación secundaria al deporte.

También hemos analizado la expresión de la proteína de unión a vitamina D comprobando que los deportistas tienen una reducción de la isoforma 3. Esta proteína tiene múltiples funciones, transporte de vitamina D, interviene en la inflamación y en procesos de proliferación celular.

Asimismo, hemos estudiado la expresión de alfa 1 antiquimotripsina y hemos identificado 5 isoformas de las cuales 4 estaban incrementadas en el grupo de deportistas. Esta proteína se expresa en condiciones de inflamación.

No se han encontrado cambios significativos en la cadena gamma del fibrinógeno, en la polipoproteína A4 y en el grupo de proteínas pendientes de identificación.

Hemos correlacionado estos marcadores inflamatorios modificados en los deportistas con parámetros que se utilizan habitualmente para la valoración de capacidad aeróbica y anaeróbica y con el estado fisiológico del deportista. Así hemos visto que la alfa-1-antiquimotripsina en su isoforma 5 se correlaciona positivamente tanto con el estado anaeróbico del corazón como con la producción de lactato cardiaca. De esta manera, se podría considerar a la proteína alfa 1 antiquimotripsina como un marcador de capacidad anaeróbica de los deportistas.

En conclusión, los deportistas de élite muestran una mayor expresión de proteínas relacionadas con la inflamación y posiblemente de proteínas relacionadas con la protección frente a radicales libres (como es el caso de la haptoglobina). En definitiva, la proteómica podría ser una herramienta muy útil en el mundo de la nutrición y del deporte.

miércoles, 18 de abril de 2012

¿Por qué nos enferma el estrés?

Alteración celular
¿Por qué nos enferma el estrés?
El estrés altera la respuesta de las células inmunes que regula
la inflamación. El proceso inflamatorio juega un papel en la
aparición de muchos trastornos.

El estrés altera la regulación de la respuesta inflamatoria, que
juega un papel en la progresión de muchas enfermedades.
Ir siempre corriendo de un sitio a otro, vivir angustiados por
llegar a final de mes, sufrir la enfermedad de un ser querido...
Son situaciones que generan un estrés crónico y que cada vez más
se reproducen en la sociedad actual. Son muchos los estudios que
han relacionado este tipo de angustia con un mayor riesgo de
sufrir una enfermedad cardiaca, autoinmune o una infección.
Pero, ¿cuál es el proceso por el que el estrés merma la salud?
Parece que la clave está en una alteración de la respuesta
inflamatoria.Se sabe que en una situación de estrés puntual,
nuestro organismo responde generando una mayor producción de una
hormona, el cortisol. Sin embargo, ¿ocurre lo mismo cuando se
trata de una tensión prolongada? "La sencilla noción de que el
estrés crónico actúe mediante el efecto directo de un aumento de
cortisol en sangre es cada vez menos aceptada. Lo que más
importa es cómo los tejidos responden al cortisol, más que los
niveles de la hormona por sí mismos", señalan un grupo de
investigadores de la Universidad Carnegie Mellon (Pittsburgh,
EEUU) en su trabajo, publicado en la revista 'Proceeding of the
National Academy of Sciences' (PNAS).Estudios previos de estos
autores habían demostrado que el estrés crónico está asociado
con un aumento de la susceptibilidad a tener un resfriado entre
aquellas personas que han estado expuestas a un virus
respiratorio. Sin embargo, en ellas, los niveles de cortisol no
jugaron un papel determinante, pero hasta ahora no se había
evaluado cómo la hormona influye en la respuesta inflamatoria,
en concreto sobre los receptores de los glucocorticoides,
encargados de regular los genes implicados en la respuesta
inmune (el sistema defensivo del cuerpo humano). Más propensos
al resfriadoEn un primer estudio, estos investigadores
expusieron a 276 adultos a un virus responsable del resfriado
común y los vigilaron a lo largo de cinco días para detectar
signos de infección y enfermedad. Lo que comprobaron fue que en
aquellos que habían estado sometidos a un estrés crónico sus
células inmunes eran incapaces de responder a las señales
hormonales que normalmente regulan la inflamación y, por lo
tanto, fueron más propensos a sufrir un resfriado.En un segundo
estudio, se valoró la capacidad de 79 participantes sanos para
regular la respuesta inflamatoria. De nuevo se utilizó la
exposición a un virus del resfriado y se vigiló la producción de
citocinas proinflamatorias, sustancias involucradas en la
estimulación de la producción y liberación de otros mediadores
proinflamatorios. Quienes fueron menos capaces de regular la
respuesta inflamatoria, como se valoró antes de estar en
contacto con el virus, produjeron más citocinas que inducen la
inflamación, una vez que estas personas estuvieron expuestas al
patógeno. Incapaz de regular la inflamación"La inflamación está
en parte regulada por la hormona del cortisol y cuando ésta no
desarrolla bien su función, la inflamación queda fuera de
control [...] La capacidad del sistema inmunológico de regular
la inflamación predijo [en este estudio] quién desarrollará un
resfriado, pero lo más importante es que ofrece una explicación
a cómo el estrés promueve una enfermedad", explica Sheldon
Cohen, profesor de Psicología de la Universidad Carnegie Mellon
y principal investigador del estudio."En situaciones de estrés,
las células del sistema inmune son incapaces de responder al
control hormonal, y consecuentemente, producen niveles de
inflamación que conducen a una enfermedad. Porque la inflamación
juega un papel en muchas patologías como la cardiovascular, el
asma y los trastornos autoinmunes. Este modelo sugiere por qué
el estrés les impacta tanto", señala Cohen.

miércoles, 4 de abril de 2012

Interacciones entre genes y nutrientes. Estudios GWA


Nutrition and Genomics Laboratory. JM-USDA Human Nutrition Research Center on Aging. Tufts University. Boston. Massachusetts. Estados Unidos.

Key words:


Interacciones entre genes y entorno. Enfermedades cardiovasculares. Lípidos plasmáticos. Dieta. Ejercicio. Tabaquismo. Consumo de alcohol.

Abstract


En esta revisión se discuten las razones para analizar las interacciones entre genes y entorno, y los estudios recientes que examinan las interacciones entre genes y moduladores ambientales en relación con la enfermedad cardiovascular y sus factores de riesgo comunes. Los estudios que se han centrado en el tabaquismo, el alcohol, la actividad física y el café son todos ellos de tipo observacional y tienen unos tamaños muestrales relativamente grandes. Sin embargo, tienden a examinar un único gen y no abordan las interacciones con otros genes y con otros factores ambientales relacionados. El diseño de los estudios que han examinado las interacciones entre genes y dieta ha sido observacional o de intervención, éstos de tamaño mucho menor. Entre las interacciones descritas de los genes y la dieta, es importante resaltar la confirmación de que APOA5 es un gen importante que interviene en el metabolismo de los triglicéridos, que se armoniza por factores de la dieta, así como la identificación del APOA2 como modulador de la ingesta alimentaria y del riesgo de obesidad. El estudio de las interacciones entre genes y entorno es un campo activo en el que hay una gran necesidad de investigación. Los obstáculos técnicos para la realización de los estudios genéticos están siendo superados con rapidez. La inclusión de una información detallada y fiable sobre los factores ambientales constituye una dificultad importante para estas investigaciones. Los avances en este campo deberán incluir el uso de poblaciones más amplias y zonas geográficas múltiples, pero también el empleo de enfoques más precisos, estandarizados y exhaustivos, que permitan capturar la información sobre los factores ambientales.

Article


INTRODUCCIÓN

Después de más de dos décadas de grandes expectativas y pocos resultados consistentes y prácticos, el campo de la genética relacionada con trastornos frecuentes y complejos ha hecho considerables progresos hacia la identificación de nuevos loci y variantes genéticas asociadas a esas enfermedades. Esto ha sido posible gracias a la combinación de enfoques experimentales más sólidos, incluidos los estudios de poblaciones amplias, con la disponibilidad de la determinación de genotipo de alta densidad (> 1 millón de polimorfismos [SNP]). Durante los últimos meses se han producido, por un lado, la confirmación de algunos de los genes candidatos tradicionales, especialmente en el campo del metabolismo lipídico, y por otro, el hecho aún más interesante de la identificación de nuevos loci relacionados con los lípidos1,2. Estos hallazgos nos proporcionarán un conocimiento más completo del ámbito metabólico, a la vez que una nueva perspectiva respecto a la patogenia de la enfermedad3,4. Sin embargo, la búsqueda está lejos de haber terminado, y tanto por lo que respecta a los genes recién descubiertos como a los genes candidatos bien conocidos, será preciso aumentar nuestros conocimientos mediante una resecuenciación profunda y la determinación del fenotipo de individuos portadores de variantes funcionales en esos loci, con objeto de determinar las rutas metabólicas que se ven afectadas por estas variantes genéticas y obtener así una perspectiva más clara sobre la base fisiopatológica de la enfermedad5. No obstante, sobre la base del conocimiento actual, puede afirmarse que muchos de los efectos génicos observados no están aislados de la modulación ambiental. En consecuencia, hay una urgente necesidad de completar los estudios de asociación iniciales con una investigación bien diseñada sobre las interacciones entre genes y entorno.

¿GENES O ENTORNO? LIMITACIONES DEL ENFOQUE TRADICIONAL DE EVALUACIÓN DEL RIESGO DE ENFERMEDAD

Desde una perspectiva epidemiológica, los estudios de los factores genéticos y ambientales continuarán infravalorando el riesgo atribuible poblacional asociado a los factores que dependen de la genética o del entorno. De hecho, el análisis de los efectos conjuntos de los factores genéticos y ambientales puede reforzar sus respectivas asociaciones con la enfermedad, permitiendo la identificación de factores de riesgo que tienen efectos marginales pequeños. Incluso los marcadores genéticos mejor establecidos para rasgos frecuentes muestran diferencias entre distintas poblaciones. Por ejemplo, el gen Fat mass and obesity associated (FTO) recientemente identificado se considera como el locus mejor establecido como factor de riesgo de obesidad; sin embargo, y a pesar de esas afirmaciones, algunos estudios indican ausencia de asociación en individuos afroamericanos o chinos de etnia Han6. Continúa sin estar claro si esto se debe a diferencias genéticas entre las diferentes poblaciones o si puede haber una interacción entre genes y entorno que oculte el efecto en estos otros grupos étnicos. De hecho, los resultados obtenidos en una población danesa indican que la actividad física puede atenuar los efectos de las variantes genéticas del FTO, lo cual respalda la existencia de interacciones entre gen y entorno7.

Algunos de los problemas importantes que han aparecido en el estudio de las interacciones entre genes y entorno son la dificultad de capturar de manera fiable los datos relativos a parámetros ambientales y la complejidad del «entorno». Uno de los componentes más importantes de dicho «entorno» es la dieta. Durante años, los métodos habituales de captura de la información relativa a la dieta en los estudios observacionales han sido criticados por su falta de exactitud, precisión y objetividad. Además, los alimentos son mezclas muy complejas de nutrientes, y es posible que estemos atribuyendo un efecto observado a un nutriente específico porque tenemos conocimientos sobre él, aunque en realidad pueda deberse a otro componente alimentario que no conocemos o al que no prestamos atención. Por ejemplo, el consumo de café muestra una asociación, confirmada en repetidas observaciones, con mayor riesgo de diabetes mellitus tipo 2 (DM2)8,9. Pero el café es una mezcla compleja de compuestos y es frecuente considerar equivalentes café y cafeína. Y no está claro cuál es el compuesto específico contenido en el café que le confiere ese efecto. De hecho, es posible que finalmente la cafeína carezca de importancia, puesto que la asociación se observa también con el café descafeinado10. Así pues, es importante integrar estudios en los que simultáneamente se estudia la varibilidad genética y los niveles de expresión de genes candidatos o de todos los genes en general utilizando los chips de expresión genética. Esta combinación abrirá nuevas vías de conocimiento sobre cómo las exposiciones ambientales pueden actuar y proporcionará una cierta orientación respecto a los componentes ambientales específicos que justificarían una investigación más detallada.

Desde una perspectiva de salud pública, se ha señalado que la identificación de variantes genéticas que codifican la susceptibilidad a la enfermedad podría utilizarse en los algoritmos de riesgo para identificar a los individuos con un riesgo de enfermedad elevado. La identificación de interacciones entre genes y entorno puede sugerir intervenciones específicas destinadas a atenuar el riesgo en individuos predispuestos. Llevando este concepto al extremo, se ha indicado que estos estudios podrían conducir a planes de salud individualizados basados en la constitución genética de una persona11.

En este trabajo se resume el conocimiento actual sobre las interacciones entre genes y entorno, en el contexto de los factores de riesgo de enfermedad cardiovascular, en especial los relacionados con fenotipos metabólicos. Se comentan, además, algunas de las cuestiones que es preciso abordar para avanzar adecuadamente en este campo.

FACTORES DE RIESGO CARDIOVASCULAR

La literatura científica está densamente poblada de artículos sobre factores de riesgo cardiovascular. El último catálogo de ellos, publicado hace ya más de una década, citaba 177, muchos de los cuales correspondían a las clases de los «relacionados con la nutrición» y los «ambientales»12. Sin embargo, muchos de los factores de riesgo descritos son bastante cuestionables. La actualización de este catálogo en este momento probablemente añadiría a la lista algunos cientos más. Aparte de la dieta, los factores de riesgo ambientales mejor caracterizados son el tabaquismo, la actividad física, el alcohol y, más recientemente, el consumo de café que, dados su popularidad y amplio uso, está recibiendo una atención creciente como modificador del riesgo de enfermedad cardiovascular13. Este apartado está dedicado a los factores de riesgo conductuales frecuentes y bien establecidos.

Interacciones entre genes y tabaquismo

El estudio de las interacciones entre los factores genéticos y el tabaquismo ha sido un campo de intensa investigación, principalmente en el ámbito del cáncer y el de las enfermedades neurodegenerativas14,15, pero también ha atraído rápidamente la atención de los investigadores en el campo cardiovascular16 y se ha acumulado ya un considerable cuerpo de evidencia, a lo largo de las últimas dos décadas, que se ha resumido en revisiones recientes17 (tabla 1). Estos estudios no se limitan a la asociacion de variantes genéticas en genes candidatos con el riesgo de enfermedad sino que además, con la llegada de las nuevas tecnologías genéticas, se ha comenzado a examinar las bases genéticas de la dependencia en el tabaquismo y la adicción a otras drogas, lo que permitirá nuevas aproximaciones terapéuticas18. Al analizar lo que conocemos acerca del riesgo asociado al tabaquismo, es obvio que todos los estudios están respaldados por datos observacionales19-29 y que no hay estudios de intervención aleatorizados al respecto. Sin embargo, de entre los diversos factores conductuales considerados en este apartado, el tabaquismo puede ser el más fiable en cuanto a la validez de lo notificado. Además, es una variable que se recoge en la mayor parte de los estudios epidemiológicos. En consecuencia, los estudios relativos a las interacciones entre genes y tabaco tienden a ser amplios y probablemente a disponer de un poder estadístico suficiente para examinar interacciones de un solo gen con un solo factor. No obstante, esta situación está lejos de ser la ideal, puesto que no hay todavía ningún estudio que pueda abordar plenamente la complejidad de las interacciones en las que intervienen múltiples genes y factores ambientales. Los genes recientemente examinados incluyen una amplia gama de vías metabólicas, incluidas las obvias, que están relacionadas con el metabolismo y la desactivación de las sustancias tóxicas, las involucradas en los rasgos lipídicos que se sabe que son modificados por el tabaquismo, y otras que intervienen en diversas funciones metabólicas con relaciones más remotas25-28. Además, la introducción de los estudios de genoma completo (genome-wide association [GWA]) ha permitido la identificación de regiones cromosómicas de interés29 para las que no se han identificado aún genes candidatos. Por otra parte, es importante resaltar el mayor tamaño de los estudios recientes y la creación de grandes consorcios para la investigación del riesgo cardiovascular utilizando marcadores preclínicos de enfermedad, como la ecocardiografía y la resonancia magnética cardiovascular19,21-23,27,28. Tal como es de prever teniendo en cuenta el sesgo de publicación, la mayor parte de los estudios publicados han identificado interacciones significativas entre genes y tabaquismo, y la mayoría de los estudios, aunque no todos19,21,25, llegan a la conclusión de que los portadores de los alelos menos comunes son más vulnerables a los efectos nocivos del tabaquismo. No obstante, aunque la identificación de interacciones entre genes y tabaquismo puede revelar mecanismos fisiológicos interesantes, la utilidad práctica de este conocimiento se ve limitada por el hecho de que la recomendación de salud pública de dejar de fumar debe hacerse para todas las personas, independientemente de su genotipo.


Interacciones entre genes y alcohol

En la línea de lo que ocurre en las interacciones entre genes y tabaquismo, el estudio de las interacciones entre genes y alcohol ha atraído desde hace tiempo y constantemente el interés de los investigadores de los lípidos30. Al igual que en el caso del tabaquismo, los trabajos recientes que describen interacciones entre genes y alcohol se basan en estudios observacionales, en los que la información sobre el consumo de alcohol se ha obtenido a partir de cuestionarios o del examen de historias clínicas. Estos estudios incluyen a miles de participantes31-35 (tabla 2). Los genes seleccionados incluyen los genes candidatos lipídicos tradicionales32-34, así como genes involucrados en el metabolismo del alcohol31. En su mayor parte, el efecto modulador parece depender de las concentraciones de colesterol de las lipoproteínas de alta densidad (cHDL), según lo indicado por trabajos anteriores30. Aunque un moderado consumo de alcohol se ha asociado con un efecto positivo para la salud, los efectos individuales son muy heterogéneos; en consecuencia, el conocimiento aportado por estos estudios podría ser útil para identificar a los individuos que realmente obtienen un beneficio y diferenciarlos de aquellos en quienes el consumo de alcohol puede no tener efecto alguno o puede ser incluso nocivo.



Interacciones entre genes y actividad física

La inactividad física aumenta el riesgo relativo de la mayor parte de las enfermedades frecuentes que abruman a las sociedades industrializadas, como la enfermedad coronaria, el ictus, la hipertensión, la osteoporosis y el cáncer36. Durante miles de años, la actividad física ha sido necesaria para la supervivencia; en consecuencia, las vías metabólicas seleccionadas durante la evolución del genoma humano están inevitablemente ligadas a la actividad física. Sin embargo, puede producirse una respuesta de nuestra base genómica ancestral mal adaptada al estilo de vida sedentario actual, que conduzca a una disfunción metabólica y a muchas enfermedades crónicas. La cuestión de las interacciones entre genes y actividad física ha recibido una atención creciente7,37-40 (tabla 2). De manera similar a lo que ocurre con el tabaquismo y el consumo de alcohol, todos los trabajos recientes se basan en estudios observacionales relativamente amplios. La selección de los genes estudiados parece bastante heterogénea, sin un elemento común claro, y también con una gran diversidad de acontecimientos de interés, como la DM38,40, la presión arterial37,39 y la obesidad37. El inconveniente de la investigación actual es que algunos de los estudios no pretendían centrarse inicialmente en la actividad física, y es posible que la calidad de la información no cumpla las exigencias de precisión y exactitud que son necesarias para realizar de manera fiable los análisis de interacción.

Interacciones entre genes y dieta

La mayor parte del interés sobre las interacciones entre genes y entorno continúa estando en las interacciones entre genes y dieta. A diferencia de los estudios que se han centrado en el tabaquismo, el alcohol y la actividad física, los estudios sobre interacciones entre genes y dieta incluyen investigaciones tanto observacionales como de intervención. El principal motivo de preocupación al extraer información acerca de la dieta de estudios observacionales continúa siendo el uso de instrumentos que pueden no informar adecuadamente sobre el consumo real del individuo. En consecuencia, serán necesarias mejoras importantes para obtener medidas mejores y más objetivas del consumo real de nutrientes a partir de estudios observacionales amplios. En cambio, el principal motivo de preocupación en cuanto a los estudios de intervención ha sido y continúa siendo el número muy reducido de individuos incluidos en cada estudio41,42. Para los fines de esta revisión, hemos agrupado los estudios en función de su diseño experimental y hemos incluido los estudios posprandiales que no se acompañaron de cambios de la dieta en el grupo de estudios observacionales. Esta cuestión ha sido revisada detalladamente en trabajos anteriores43,44, y nos centraremos tan sólo en las publicaciones recientes.

Los estudios observacionales que describen interacciones entre genes y dieta en ayunas o en situación posprandial se han centrado mayoritariamente en los genes candidatos lipídicos tradicionales43-52 (tabla 3). El número medio de individuos incluidos en los estudios observacionales sobre la interacción entre genes y dieta es muy inferior al utilizado en los estudios de interacciones con el alcohol, el tabaquismo y la actividad física, y estas cifras no han cambiado mucho en los últimos años. Los principales parámetros de valoración examinados en cuanto a las interacciones entre genes y dieta han sido principalmente los lípidos plasmáticos, pero también se ha utilizado el índice de masa corporal (IMC), marcadores inflamatorios y otras medidas del síndrome metabólico. Además, cada estudio se limita a un único locus, e incluso los que examinan múltiples loci50 no tienen el diseño apropiado para estudiar interacciones más complejas entre múltiples genes y nutrientes.



Es importante subrayar la consolidación de ciertos genes candidatos respecto a su papel en el metabolismo y la modulación de los lípidos por parte de factores de la dieta. Ese es el caso del gen APOA543,53,54, así como de los nuevos datos relativos al conocido desde hace tiempo pero aún enigmático gen APOA2, y se han señalado posibles efectos de esta apolipoproteína en el consumo alimentario, el IMC y la lipemia posprandial55,56.

Aunque la mayor parte de las interacciones entre genes y dieta se han centrado en las grasas de la dieta, en un reciente estudio de casos y controles se han estudiado otros hábitos como el consumo de café57 y se ha examinado la interacción entre el gen del receptor de adenosina A2A (ADORA2A) y el CYP1A2 y el consumo de cafeína (tabla 2); en ese estudio se ha descrito una modulación del consumo de cafeína que depende de la variabilidad genética del gen ADORA2A. Se han investigado otros varios fenotipos en relación con las interacciones entre genes y dieta, aparte de las relativas a las grasas de la dieta. Una de las más sólidamente establecidas es la del gen de la 5',10'-metilentetrahidrofolato reductasa (MTHFR), que ha sido objeto de una revisión detallada58,59. Otro ejemplo menos explorado es el aportado por investigadores del Reino Unido y de Nueva Zelanda, que analizaron si el desarrollo intelectual de los niños se veía influido por la genética y por la nutrición inicial (es decir, lactancia materna frente a la artificial de los recién nacidos)60. Esos autores observaron que una variante genética del FADS2, un gen que interviene en el control genético de las vías de los ácidos grasos, modula la asociación entre lactancia materna y cociente de inteligencia (CI). Sus resultados indican que las exposiciones ambientales pueden utilizarse para poner de manifiesto nuevos genes candidatos en fenotipos complejos. También indican que los genes interaccionan con el entorno inicial para dar forma a fenotipos complejos como el del CI.

Los resultados de estudios observacionales son informativos y pueden ser de gran valor, pero su validez clínica debe confirmarse mediante estudios de intervención. De ser posible, los estudios diseñados para analizar interacciones entre genes y dieta deben utilizar una selección previa de los participantes en función del genotipo de interés. Sin embargo, la mayor parte de los estudios de intervención presentados actualmente continúan utilizando análisis retrospectivos y oportunistas de bases de datos con participantes en estudios de intervención dietética diseñados para fines distintos del estudio genético (tabla 4)44,53-56,61-75. Como es de prever, por su coste y su complejidad, el número de participantes en estos estudios es muy reducido y, por consiguiente, está sujeto a errores y a la observación de asociaciones e interacciones espurias. De manera similar a lo que ocurre en los estudios observacionales, la mayor parte de los trabajos de intervención se han centrado en genes candidatos bien conocidos y ninguno de los nuevos loci identificados en estudios GWA ha llegado aún a las publicaciones de la literatura científica. No obstante, se prevé que empiecen a aparecer trabajos sobre los nuevos genes en los próximos meses.


DIFICULTADES DEL ESTUDIO DE LAS INTERACCIONES ENTRE GENES Y ENTORNO

Además de las cuestiones relativas a los diseños experimentales, el enfoque estadístico de los análisis de la interacción entre genes y entorno ha surgido como otro problema ulterior de gran importancia en este tipo de estudios76-79. Es bien sabido que los tamaños muestrales grandes son esenciales a la hora de consolidar las asociaciones de nuevos loci con trastornos y rasgos frecuentes. Sin embargo, el tamaño muestral adquiere un valor aún más crucial cuando se trata de analizar interacciones entre genes y entorno. Lamentablemente, varias de las características relativas al estudio de las exposiciones ambientales complican aún más los análisis y la interpretación de las interacciones.

Las limitaciones actuales ya no proceden de la determinación del genotipo, que ha llegado a ser un proceso muy preciso y fiable. Esto significa que el error de medición no desempeña un papel importante en la introducción de sesgos en las estimaciones del riesgo asociado a una determinada variante genética. De hecho, la mayor parte del error de medición en un estudio de GWA procede del hecho de que no estudiamos todas las variantes del genoma sino que utilizamos un conjunto de variantes genéticas que podrían actuar como indicadores indirectos de variantes funcionales. En este sentido, los avances tecnológicos que permiten la inclusión de un mayor número de variantes en una sola matriz, así como la selección cuidadosa de variantes, hacen que se disponga de la potencia razonable para la detección de las variantes más frecuentes en todo el genoma80. En cambio, la valoración de las exposiciones ambientales es mucho menos precisa, en especial para rasgos complejos como la dieta.

Los análisis genéticos son también notablemente estables en diferentes plataformas de determinación del genotipo, con una concordancia del 95% o superior entre la mayoría de ellas81,82. Esto hace que los metaanálisis (tanto post-hoc como planteados a priori) sean relativamente sencillos. En contraposición con esta situación, existen diferencias de metodología importantes en la evaluación de las exposiciones ambientales, en especial por lo que respecta a las más complejas como el consumo alimentario.

Además, las exposiciones ambientales muestran una colinealidad significativa. Por ejemplo, los individuos que siguen una dieta sana pueden participar también en otras actividades que fomentan la salud. Sin embargo, los estudios que se centran en el aspecto nutricional disponen de una información limitada, si la hay, sobre otras variables como la actividad física, y viceversa. Esto es consecuencia, en su mayor parte, de las limitaciones existentes en el tamaño muestral. No obstante, el hecho de que no se tenga en cuenta estas colinealidades podría conducir a confusiones y malentendidos importantes. Esta cuestión es menos problemática para los estudios de asociaciones genéticas en la época actual de estudios de GWA, puesto que es posible tener en cuenta la mayor parte de la colinealidad en el genoma humano (representada por los patrones de desequilibrio de ligamiento [LD]).

Así pues, es crucial que desarrollemos instrumentos para la valoración de las exposiciones ambientales que aporten estimaciones más precisas de la exposición, y que puedan estandarizarse con facilidad entre diferentes estudios. A este respecto, el desarrollo y la validación de los instrumentos para facilitar el recuerdo alimentario83-85 y el uso de biomarcadores para determinar el consumo alimentario constituyen pasos importantes en la consecución de este objetivo. Por otra parte, deberemos establecer un consenso acerca de qué factores ambientales se deben medir, para el ajuste de los efectos de las interacciones gen-ambiente.

Por consiguiente, la complejidad adicional que comporta la unificación de la información relativa al entorno ha hecho que sea mucho más difícil la adopción de enfoques similares a los actualmente utilizados para el estudio de asociación (metaanálisis a priori). De hecho, los estudios continúan adoleciendo de una notable falta de poder estadístico, sobre todo los centrados en las interacciones entre genes y dieta, en los que la captura de la información es más compleja que para otros rasgos como el tabaquismo.

NUTRICIÓN PERSONALIZADA Y CONSUMIDORES

La realización de estas investigaciones acerca de la interacción entre genes y entorno tiene como objetivo principal la obtención de un mejor conocimiento sobre las repercusiones generales de la naturaleza y la nutrición en el metabolismo de un individuo; sin embargo, el objetivo final es que tal conocimiento se traduzca en aplicaciones prácticas que orienten al individuo para encontrar el estilo de vida adecuado para conseguir una salud óptima. Este es un concepto que está adquiriendo un impulso creciente en la población, debido en parte a su frecuente presencia en la prensa general. Esto ha conducido a la oferta de algunos productos que proporcionan un «consejo alimentario personalizado», fundamentado en las características genéticas individuales. Dos publicaciones recientes86,87 prestan un cierto apoyo a las repercusiones favorables en algunos parámetros de salud de este «consejo genético»; sin embargo, los estudios son de un tamaño muy escaso y los productos ofrecidos deberán ser validados en mayor medida y considerablemente mejorados para que lleguen a tener una influencia significativa en la salud de la población.

CONCLUSIONES

El número de publicaciones que abordan las interacciones entre genes y entorno refleja un claro interés por adquirir un conocimiento muy necesario en el campo de los factores metabólicos y las enfermedades cardiovasculares. Sin embargo, los enfoques utilizados no se corresponden aún con las necesidades reales en este ámbito. La mayor parte de los estudios, y especialmente los centrados en las interacciones entre genes y dieta, se realizan con un tamaño muestral modesto. La consecución de tamaños de muestra adecuados deberá llevarse a cabo mediante la creación de consorcios incluyendo estudios con variables adecuadamente estandardizadas. Ademas, serán necesarios nuevos métodos estadísticos para abordar las limitaciones actuales.

A pesar de las actuales incertidumbres y limitaciones, el concepto de interacciones entre genes y entorno que modulen los factores de riesgo de enfermedades frecuentes está bien fundamentado, y esto deberá aportar en el futuro el conocimiento científico adecuado para abordar los principales problemas de salud de la población con el empleo de enfoques moleculares y más individualizados para prevenir y tratar las enfermedades.

Declaración de conflicto de intereses
El autor declara no tener conflicto de intereses.

ABREVIATURAS
ADORA2A: receptor de adenosina A2A.
ALA: ácido alfalinoleico.
apoA2: apolipoproteína A2.
apoA5: apolipoproteína A5.
CI: cociente de inteligencia.
DM2: diabetes mellitus tipo 2.
EC: enfermedad cardiovascular.
FTO: fat mass and obesity associated.
GWA: genome-wide association.
HDL: lipoproteínas de alta densidad.
IM: infarto de miocardio.
IMC: índice de masa corporal.
LD: desequilibrio de ligamiento.
LPP: lipemia posprandial.
MTHFR: 5',10'-metilentetrahidrofolato reductasa.
SNP: polimorfismo de base única.


Financiado por los National Institutes of Health, National Institute on Aging, subvención número 5P01AG023394-02 y NIH/NHLBI subvenciones números HL54776 y U01HL072524-04 y NIH/NIDDK DK075030 y contratos 53-K06-5-10 y 58-1950-9-001 del Department of Agriculture Research Service de Estados Unidos.



Correspondencia: Dr. J.M. Ordovas.
Director, Nutrition and Genomics. Professor Nutrition and Genetics. JMUSDA-HNRCA at Tufts University.
711 Washington St. Boston, MA 02111. Estados Unidos.
Correo electrónico: jose.ordovas@tufts.edu

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