ЗДОРОВОЕ ПИТАНИЕ XXI ВЕКА: ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ПРОДУКТЫ ПИТАНИЯ И НУТРИГЕНОМИКА

Практическое применение растительных метаболитов составляет предмет промышленных технологий, без которых немыслима жизнь человека… Интерес человека к низкомолекулярным метаболитам растений вызван поиском продуктов питания, лекарств для врачевания болезней, а также средств, повышающих, как сейчас принято говорить, качество жизни…». Понимание важности практического применения научных разработок в области химии растительного сырья, позволило в свое время Г.А. Толстикову рекомендовать своим ученикам и последователям (Р.В. Кунаковой, Р.А. Зайнуллину, Х.К. Гаделевой, И.Г. Савельевой, И.Т. Фархиевой и др.) перейти на работу в вуз, где готовились кадры для различных отраслей народного хозяйства, связанных с переработкой природных материалов и сырья. 

Фундаментальная академическая подготовка, крепкие научные связи с институтами Уфимского научного центра РАН и Академией наук Республики Башкортостан, кооперация и интеграция вузовской и академической науки, позволили к началу 2000 г. коллективу ученых создать в Уфимском государственном университете экономики и сервиса (УГУЭС, ныне УГНТУ) на кафедре специальной химической технологии, возглавляемой академиком АН РБ, вице-президентом АН РБ Р.В. Кунаковой, центр по проведению научных исследований применения растительных метаболитов в производстве функциональных продуктов питания, способных не только обеспечить потребности в важнейших микронутриентах человека, но и существенно повысить качество жизни. На современном этапе развития общественного сознания понимания роли и значения здорового образа жизни питание можно рассматривать как компонент оздоровительной системы, придавая пищевым продуктам (~питанию) некоторые защитные лечебно-профилактические свойства. Одним из приоритетных направлений в коррекции питания является широкое внедрение биологически активных добавок к пище, но несомненного внимания заслуживают и продукты на основе лекарственного растительного сырья. Одной из важных проблем в разработке функциональных продуктов питания является выбор и оптимальная дозировка растительного сырья. При обоснованно установленной дозе компонентов можно рассчитывать не только на высокие органолептические свойства готового продукта, но и на его профилактические качества определенной направленности. Учеными кафедры были проведены исследования по выявлению терапевтических эффектов у продуктов, произведенных с применением пряно-ароматического и лекарственного растительного сырья. Установлено, что тестируемые водные настои композиций определенных видов лекарственного растительного сырья оказывают ощутимое гепатопротекторное действие. Конечно, настои трав в рекомендуемых концентрациях растительных компонентов не могут рассматриваться как лечебные препараты, сопоставимые по силе своего воздействия на организм с гепатопротектором «Carsil» и ему подобными лекарственными препаратами, но они обладают выраженной тенденцией к нормализации функциональных характеристик печени. Результаты этих исследований были использованы на предприятиях ОАО «Башспирт»: выработаны практические рекомендации по оптимизации рецептур производимых алкогольных бальзамов. Всесторонние исследования по функциональному влиянию различных компонентов пряно-ароматического и лекарственного растительного сырья позволили создать инновационные технологии обогащения повседневных продуктов питания пищевыми волокнами, микро- и макроэлементами, витаминами. Опытные образцы функциональных бальзамов неоднократно демонстрировались на различных выставках, проводимых в республике. Так, на выставке, приуроченной к Общему собранию АН РБ (4 мая 2011 г.), были представлены образцы функциональных бальзамов, разработанных на кафедре специальной химической технологии. Опубликованы научные статьи в отраслевых научно-производственных и академических журналах, подготовлены и изданы монографии и учебные пособия. Достижения современной биохимии, клеточной биологии, геномики и других областей науки существенно расширили представления о биологической роли отдельных макро- и микронутриентов и целого ряда минорных биологически активных компонентов пищи. В последние годы ученые многих стран активно обсуждают концепцию персонифицированной или предикативной, т.е. (предупредительной) медицины с инновационным методом профилактики, диагностики и лечения на основе знания индивидуальных генетических и функциональных особенностей человека. Раннее выявление рисков возникновения того или иного заболевания позволяет обеспечить оптимальную профессиональную помощь, в частности нутритивную поддержку. Декларируется и развивается так называемая «4П»-медицина: предиктивная (предсказательная), профилактическая (превентивная), персонализированная, партисипативная (при участии пациента). На первый план в решении проблем медицины выходит приоритет сохранения здоровья у здоровых граждан и мотивирование на разработку специальных методов ранней диагностики и профилактики. В силу объективных причин не каждый человек способен вести здоровый образ жизни в сочетании с питанием, основанным на индивидуально подобранной программе, поэтому все большую актуальность получают исследования, направленные на разработку продуктов и лекарственных препаратов, способных эффективно лечить либо позволяющих эффективно осуществлять профилактику распространенных неинфекционных заболеваний. По данным ряда исследователей (Батурин А.К., Тутельян В.А.), нутриенты и биологически активные компоненты пищи прямо или опосредованно регулируют функциональную активность генов, влияя на геном, транскриптом, протеом и метаболом. На стыке диетологии и генетики возникла новая научная дисциплина–нутригеномика, изучающая взаимосвязь питания человека с характеристиками его генома с целью установления влияния пищи на экспрессию генов и в итоге на здоровье человека. Таким образом, генетические маркеры могут быть использованы для диагностики и прогноза алиментарно-зависимых заболеваний, в частности ожирения, а также в качестве предиктора для разработки персонифицированной диетотерапии и прогноза ее эффективности. В отношении пользы для здоровья функциональных и специализированных пищевых продуктов еще в 1999 г. Международный институт наук о жизни (International Life Sciences Institute) предложил шесть основных категорий, классифицирующих целевые функции организма, подвергаемые коррекции с помощью таких продуктов. К ним относят: влияние на рост, развитие и дифференциацию организма; метаболизм основных веществ; защита от окислительного стресса; деятельность сердечно-сосудистой системы; воздействие на физиологию и функции желудочно-кишечного тракта; поведение и психологические функции. Большинство распространенных заболеваний, в т.ч. сахарный диабет, астма, аллергия, болезни обмена (углеводного, липидного, белкового и др.), являются многофакторными. При этом особенности генетической предрасположенности к отдельным заболеваниям сильно варьируют у различных популяций, различающихся по принадлежности к определенной этнической группе, полу, возрасту и др. Образ жизни, питание, экология и генетический профиль индивидуума – это ключевые факторы, влияющие на персональный уровень риска заболеваемости. В связи с этим в мире происходит широкомасштабный процесс введения специализированных молекулярно-генетических лабораторий. Они устанавливают молекулярно-генетический фон местного населения, составляют базы данных региона, разрабатывают методы ранней диагностики и профилактики распространенных наследственных заболеваний. В 1994 г. в Уфе под руководством доктора биологических наук Э.К. Хуснутдиновой основана лаборатория молекулярной генетики человека, со временем были открыты еще 2 лаборатории–экологической генетики человека и биохимической генетики человека; образован Отдел геномики Института биохимии и генетики УНЦ РАН. На этой базе научные сотрудники стали изучать ряд наследственных и наследственно предрасположенных заболеваний с учетом этнической принадлежности, в т.ч. наиболее распространенные метаболические заболевания: муковисцидоз, фенилкетонурия, сахарный диабет и др. Для них были определены спектр и частота мутаций, выявлены ассоциированные с мутациями аллели и гаплотипы сцепленных с генами полиморфных ДНК-локусов. В результате на основе комплексной обработки различных данных ученые составили карты распределения полиморфных вариантов среди различных этнических групп в Волго-Уральском регионе, что позволило предложить их в качестве маркеров ранней диагностики. Вовлеченность ученых различных областей науки в исследование проблем питания способствовало реализации совместных научных проектов в рамках ГНТП РБ. Первым совместным проектом, выполненным в 2013 г. кафедрой специальной химической технологии УГУЭС и лабораторией молекулярной генетики человека Института биохимии и генетики УНЦ РАН по теме «Генетические основы разработки функциональных продуктов питания для оздоровления населения Республики Башкортостан» в рамках ГНТП РБ «Химические технологии, процессы и материалы для промышленности, медицины и сельского хозяйства Республики Башкортостан», стало изучение распространенности среди населения республики аномалии в усвоении лактозы – молочного сахара. Это генетически обусловленный дефект, затрудняющий употребление в пищу молочных продуктов и, как следствие, вызывающий дефицит в организме витамина D и сопутствующие осложнения. Проведенный учеными сравнительный анализ распределения частоты генотипа, определяющего ферментную недостаточность лактазы показал, что у русских из Волго-Уральского региона она сопоставима с таковой у белорусов, украинцев, французов, мордвы, удмуртов и коми и составляет около 38%. У башкир частота аллеля, ассоциированного с лактазной недостаточностью, составляет около 76% и близка к частоте этого аллеля у казахов, бурятов, горных марийцев и ниже, чем у народов Юго-Восточной Азии. В популяции татар распространенность ферментной недостаточности лактазы находится в пределах промежуточных значений между популяциями Европы и Азии и составляет примерно 55%, соответствуя географическому положению и соотношению европейских и азиатских компонентов в своем генофонде. Анализ распределения частот аллелей и генотипов полиморфного локуса –13910С>Т гена LCT выявил значительную неоднородность исследованных популяций Волго-Уральского региона России как на уровне этносов, так и на уровне субпопуляций одного этноса (башкиры). Большинство населения Республики Башкортостан традиционно считают молочные продукты наиболее богатым источником витамина D. Ввиду вероятного наличия у значительной части детей и взрослых недостаточности фермента лактазы очевидна необходимость разработки и производства функциональных продуктов питания, обогащенных витамином D и не содержащим лактозу. Таким образом, были созданы предпосылки для разработки функциональных продуктов питания на основе генетических особенностей отдельного индивида или отдельного этноса, проживающего в определенной местности в условиях многофакторного воздействия окружающей среды и образа питания. Сахарный диабет (СД) – это гетерогенная группа метаболических заболеваний, при которых у больных развивается хроническая гипергликемия – повышенное содержание глюкозы в крови вследствие нарушения секреции инсулина β-клетками поджелудочной железы (СД 1 го типа) либо развития инсулинорезистентности (в некоторых случаях в комплексе с инсулиновой недостаточностью) организма (СД 2 го типа).

Известно, что СД-2 составляет 85–90% всех случаев СД. По данным Всемирной организации здравоохранения, к 2014 г. заболеваемость составила 9% взрослого населения от 18 лет, а по прогнозам к 2030 г. сахарный диабет станет седьмой по значимости причиной смерти. За последние 30 лет отмечена тенденция к росту заболеваемости СД в развитых странах, особенно среди населения старше 40 лет. По данным Международной диабетической организации, в 2013 г. число больных диабетом достигло 382 млн человек по всему миру или 8,3% среди взрослого населения; 80% из них проживают в странах с низким или средним уровнем дохода. Первые два метода включают широкий диапазон методик лечения СД с применением различных синтетических лекарственных препаратов, для которых характерны нежелательные побочные эффекты. В то же время лечение СД 2-го типа с помощью специфических ингибиторов α-амилазы или α-глюкозидазы позволяет снижать уровень глюкозы в крови без значительных осложнений для организма. По этой причине ингибирование α-амилазы и α-глюкозидазы, играющих ключевую роль в усвоении крахмала и гликогена в кровь, рассматривается как одна из перспективных стратегий лечения гипергликемии. К настоящему времени известно, что генетические факторы вносят существенный вклад в развитие СД-2. Это было выявлено в исследованиях близнецов и многодетных семей во второй пол. XX в. По данным разных авторов, если один из родителей имеет СД-2, то риск развития такого заболевания у ребенка составляет 35–39%, если оба родителя – 60–70%. На генетическую составляющую указывают исследования гибридных популяций, у которых частота СД-2 достигает 50% (испано-язычные американцы, американские индейцы Пима) или менее 1% (определенные африканские популяции и племена Аймара или Мапуче в Южной Америке). Самые ранние исследования по выявлению генов-кандидатов, ответственных за развитие заболевания, связаны с редкими формами СД–неонатальный и митохондриальный СД, MODY. Такими генами оказались PPARG2 (фактор транскрипции), KCNJ11 (одна из двух субъединиц АТФ-зависимого калиевого канала), ADIPOQ (адинопектин, влияет на чувствительность тканей к инсулину), TCF7L2 (ядерный рецептор β-катенина, активатора Wnt-сигнального пути, играющий важную роль в эмбриогенезе, делении и дифференцировке клеток, в т.ч. на β-клеток поджелудочной железы) и многие др. В настоящее время установлено лишь небольшое число генов, продукты которых вовлечены в молекулярные механизмы дисфункции β-клеток. Среди них CDKAL1 (кодирующий сериновую/треониновую протеазу, которая предположительно играет роль ингибитора активности киназы (CDK5), участвующей в дегрануляции гранул инсулина), а также CDKN2A/СDKN2B, кодирующие ингибиторы тирозиновых киназ. Данные различных исследований все больше раскрывают ключевую роль белков, участвующих в метаболизме глюкозы и процессах нормальной физиологии и патофизиологии. Было определено более 100 генов, коррелирующих с риском развития СД-2, и значительное число из этих генов влияют на секрецию инсулина, и в то же время не выяснены окончательно все молекулярные механизмы этих процессов. Таким образом, сахарный диабет, требует более глубокого исследования и поиска новых методов лечения. Научные достижения коллективов ученых под руководством академиков АН РБ Р.В. Кунаковой и Э.К. Хуснутдиновой позволили приступить к совместным исследованиям ингибирования ключевого фермента в расщеплении полисахаридов α амилазы и во многом определяющим уровень сахара в крови больных диабетом 2-го типа. СД-2 диагностируется примерно у 90% всех больных. К одним из самых распространенных способов лечения СД 2 го типа можно отнести регуляцию чувствительности тканей к инсулину, усиление активности инсулина в определенных тканях (мишенях) и ингибирование ферментов, расщепляющих углеводы для снижения уровня глюкозы в крови. В ходе совместных исследований было обнаружено, что флавоноид растительного происхождения дигидрокверцетин и тритерпеновый спирт лупанового ряда бетулин обладают ингибирующим α-амилазу эффектом, и это позволяет расширить сферу их функционального применения в качестве сахароснижающей пищевой добавки при профилактике и лечении сахарного диабета 2-го типа. В эпоху стремительного развития инновационных отраслей науки становится очевидным, что кооперация и масштабные совместные исследования на стыке фундаментальной медицины, молекулярной биологии и технологий производства пищевой продукции и фармакологии могут стать поворотным моментом в истории развития всего здравоохранения в целом. На стыке наук рождаются открытия, которые переворачивают представления о природе явлений в различных областях жизни людей. Именно они позволяют изобретать и разрабатывать комплексные и многостороннее эффективные технологии, открывающие новые страницы в развитии науки о человеке и его здоровье.

Р.В. Кунакова, Р.А. Зайнуллин, Э.К. Хуснутдинова, Б.И. Ялаев