Aplicación de las ciencias ómicas en alimentación

La nutrición de precisión se presenta como una de las mejores estrategias de futuro para garantizar una alimentación adecuada a cada individuo. Para ello, las ciencias ómicas son una línea de investigación cada ves más extendida en el sector alimentario pues suponen una gran oportunidad para las empresas. De ello se habló en la IV Jornada de Nutrición y Salud organizada por el Cluster Foodservice, que abordó la aplicación de las ciencias ómicas a la nutrición y contó con las ponencias de varios expertos en la materia.

“Las ciencias omicas son un conjunto de disciplinas vinculadas con la bioquímica y la biología molecular, a través de las cuales puede lograrse un conocimiento profundo, analizando el contenido global de una muestra biológica (conjunto de genes, proteínas…)”. Así lo definió Josep M. del Bas, director de la Unidad Tecnológica de Nutrición y Salud de Eurecat y primer ponente de la jornada.

Estas ciencias suponen el dogma central de la biología ya que reúnen diferentes datos extraídos del ámbito de la genómica, la transcriptómica, la proteómica o la metabolómica y los tratan de forma conjunta para lograr una visión integrada de la biología de la muestra y de los procesos bioquímicos que se producen. “Es lo que se conoce como la estrategia científica multi-omics que nos permite integrar todas las capas ómicas para conocer qué está pasando en nuestros genes y hasta en nuestro metabolismo”, indicó del Bas. “Antes precisábamos de 10 años y millones para analizar una simple muestra; ahora, con un presupuesto reducido y pocas horas ya podemos saberlo”.

En este sentido, para conocer bien las ciencias ómicas es imprescindible entender qué es la proteómica y la metabolómica:

• La proteómica es el estudio del conjunto de proteínas o proteoma, es decir, su abundancia, estructura y funcionalidad. Las proteínas se diferencian entre sí principalmente en su secuencia de aminoácidos, que está dictada por la secuencia de nucleótidos de sus genes, que determina su actividad. Muchas proteínas son enzimas que catalizan reacciones bioquímicas y son vitales para el metabolismo. Las proteínas también tienen funciones estructurales, mecánicas, de señalización celular, respuestas inmunitarias, adhesión celular…
• La metabolómica es el estudio del metaboloma o conjunto completo de metabolitos o moléculas pequeñas (<1.500 Da). Un metabolito es el producto final o intermedio del metabolismo y posee muchas funciones como, por ejemplo, de combustible, estructural, señalización, efectos estimulantes e inhibidores sobre las enzimas, actividad catalítica, defensa e interacciones con otros organismos. El análisis del estado metabólico de un individuo conduce a la medicina y nutrición personalizadas, al descubrimiento de rutas relacionadas con patologías y a nuevos biomarcadores de diagnóstico y pronóstico: “Los metabolitos nos proporcionan medidas directas de los efectos que pueden tener en el fenotipo, los factores genéticos y de estilo de vida”.

“Las ciencias ómicas generan buenas oportunidades de innovación para las empresas alimentarias, con la caracterización de nuevos productos biotecnológicos”, subrayó del Bas. “La integración multiómica aporta conocimiento amplio y profundo sobre el mecanismo de acción y la biología del sistema, lo que permite la detección de nuevas relaciones funcionales entre las biomoléculas e identificar nuevas dianas terapéuticas”.

Se conoce por FOODOMICS la disciplina que estudia los dominios de alimentación y nutrición a través de la aplicación de tecnologías ómicas avanzadas para mejorar el bienestar, la salud y la confianza del consumidor. Las aplicaciones de las ciencias ómicas en la alimentación pasan por posibilidades como la nutrición personalizada, mecanismos de eficacia biológica, la caracterización y cribado de ingredientes y productos o la seguridad alimentaria

La caracterización de ingredientes y productos es una de las aplicaciones más comunes de las ciencias ómicas ya que permite realizar una caracterización completa de extractos e ingredientes bioactivos en muestras de origen animal y/o vegetal: composición de lípidos, azúcares, aminoácidos…; una identificación y cuantificación de un principio activo en extracto natural; Identificación taxonómica de especies biológicas: una determinación de perfiles genómicos para personalización de productos con probióticos, simbióticos, postbióticos…; o el diseño y caracterización de organismos genéticamente modificados (GMOs).

Por otro lado, el cribado de ingredientes y productos es también muy interesante pues permite la caracterización completa del fenotipo y de los efectos del alimento funcional en modelos experimentales de alto rendimiento; la elucidación del mecanismo de acción; la identificación de nuevos biomarcadores para evaluar el efecto funcional; o la generación de datos para desarrollo de algoritmos de predicción de efectos, así como la optimización de recursos y tiempo en estudios nutricionales posteriores: “El uso de las ciencias ómicas en alimentación permite un mayor conocimiento sobre el efecto del ingrediente, paso esencial para seleccionarlo para un alimento funcional”, añadió el investigador de Eurecat.

En el caso de la seguridad alimentaria y la toxicidad, estas ciencias permiten la identificación especies y compuestos nocivos como bacterias, virus, toxinas…; el estudio de bioseguridad y toxicidad para un ingrediente de alto valor añadido cómo Novel Food; o el desarrollo de métodos de detección de fraude en la formulación de productos alimentarios.

“Integrar ómicas en procesos industriales puede impactar en la optimización de la obtención de los ingredientes y mejorar de los parámetros de producción”, señaló Josep M. del Bas. Así, en el procesado estas ciencias permiten una optimización de la obtención y estabilización de los ingredientes; el estudio de los procesos de fermentación in vivo e in vitro para obtención de los ingredientes; o la evaluación del comportamiento del ingrediente en matriz alimentaria durante procesado (reacciones enzimáticas).

Otra de las aplicaciones más interesantes está en los estudios preclínico. Tal y como aseveró del Bas, “las ciencias ómicas en estudios preclínicos nutricionales aportan mayor rigor en la consolidación de la detección y uso de biomarcadores de funcionalidad y de exposición alimentaria a disposición de la industria alimentaria”. De este modo, se pueden estudiar los mecanismos de eficacia biológica de biocompuestos en modelos preclínicos (murinos); la generación de datos para caracterizar en profundidad distintos modelos experimentales extrapolables al comportamiento humano; la evaluación de la biodisponibilidad y rutas de metabolización y excreción; el desarrollo de estudios sobre la interacción con la microbiota intestinal; o la detección de nuevas dianas terapéuticas.

Por último, “el uso de las ciencias ómicas permite la identificación de variantes genéticas y de predisposición metabólica para poder formular un plan dietético a la medida de la salud cada persona”. Las nuevas metodologías de análisis de datos ómicos pueden generar mapas de la microbiota de cada individuo (enterotipo) y establecer su relación con su salud. Con ello, se pueden integrar nuevos productos en el marco de una dieta personalizada por grupos de consumidores según metabotipo, consolidar mecanismo de acción y el uso de biomarcadores de función y de exposición nutricional o generar datos para la ampliación de conocimiento y refuerzo de los algoritmos de predicción comportamental del producto finalizado en humanos.

Javier Ojuel, de Alimmenta, presentó el proyecto Metagendiet, que busca el desarrollo de un sistema experto de inteligencia artificial para la realización de dietas personalizadas basadas en la información genética y metabolómica: “Los humanos somos mucho más que genes, somos la suma de nuestra genética, el ambiente en el que vivimos, nuestros hábitos actuales, nuestro historial de salud y la alimentación que llevamos”.

Con este contexto, el proyecto –que se elaborará con 150 pacientes durante 4 meses– pretende ligar la información genética con el estado de salud actual para poder elaborar un plan nutricional que optimice los parámetros de salud. Cuando esté hecho, se trata de revisar la adecuación del plan, la evolución de la salud y realizar las adaptaciones con frecuencia semanal. Al final, se espera obtener relaciones entre las variables de salud medidas y las acciones realizadas de forma automática mediante un sistema de inteligencia artificial.

Desde Eurecat también presentaron el proyecto PREVENTOMICS, que cuenta con la participación de Aldi y Grupo Carinsa. El proyecto quiere cambiar el metabolismo de la persona antes de que aparezcan problemas de salud aplicando tecnología: “La obesidad es un problema global a nivel mundial. Desde 2013 sabemos que el Índice de Masa Corporal (IMC) no es el único índice que nos informa sobre el riesgo de obesidad, sino que los problemas metabólicos tienen cada vez más peso en ese riesgo”, explicó en su segunda intervención Josep M. del Bas.

“El metabolismo es una compleja red de interacciones química. Los últimos estudios desarrollados por Human Metabolome Database (HDMB) contienen más de 16.000 metabolitos endógenos, más de 1.500 fármacos y más de 22.000 componentes o metabolitos alimentarios... ¿Cómo estudiamos todos estos datos? Mediante la metabolómica”, sentenció.

El metaboloma es el cojunto de moléculas que se encuentran en un tejido. Su análisis permiten conocer el estado del metabolismo.