التكنولوجيا الحيوية

الجينية المختلفة في الافراد المستقلة individualsكما أن تقدم التوصيات الغذائية للمغذيات الصغري والمكونات البيولوجية النشطة سوف تتطلب المزيد من الانظمة الغذائية والبيانات العلمية المبنيه علي البراهين والجدول التالي يوضح التحديات المعنوية والعوائق لهذا المسار.

جدول ) (٢٠التحديات علي طول مسار النظام المبني علي التغذية والتوصيات الغذائية المشخصة

التحديات/العوائق challenges/obstacles

المتاح الحيوي والنشاط الحيوي للمغذيات الصغري يتباين بدرجة كبيرة تبعا للتركيب الكيماوي كما ان المأكول من الأغذية والامدادات الغذائية يختلف في المحتوي

والجرعة.

المغذيات الصغري والمحتوي البيولوجي النشط للأغذية النباتيه يتأثر بعوامل كثيرة جدا مرتبطة بالنبات )مثل :الشمس ،النضج ،التخزين( والتجهيز وعمليات التصنيع مما

يؤدي الي صعوبة التقدير الدقيق للمأكول منها.

اخطاء في قياس المأكول :دقة قاعدة بيانات تركيب الغذاء وواقعية FFCsوكميات المأكول لا تستوي دائمامع الجرعات البيولوجية المتاحة.

الفوائد الصحية للمغذيات الصغري والأنشطة البيولوجية في المراجع الحالية غالبا ما تبني علي بديل المرقمات الحيوية للتأثير بدرجة افضل من نواتج الصحة الفعلية التي

من امثلتها حدوث المرض او النفوق.

التصميمات الكلاسيكية لدراسات التأثيرات المتداخلة الكلينيكية/الغذائية يجب ان تكون متكاملة بواسطة دراسات طويلة المدي .longitudinal يتباين الثبات Homeostasisفيما بين الأفراد individualsوربما يطابق تحدي

الثبات مسارات صحة الفرد.

الدعم المالي المطلوب لمباشرة المرجع الفيدرالي الرسمي للمغذيات الصغري والمأكول

النشط بيولوجيا تم دراسته كأولوية

المراجع

)Gaine et al (2013

)Gaine et al (2013

)Gaine et al (2013

)Gaine et al (2013

)Kaput and Horine (2012

)Van Ommen et al (2009

)Gaine et al (2013

التكنولوجيات العالية تمكن العلماء جينومات البروفيلProfile genomesوالنسخ والجينات المتعلقة بالبروتين proteomesوالتمثيل الغذائي عند نطاق ومعدل غير مسبوق .وبدمج بيانات الاوميك omicsمع البحث الاكلينيكي لوضع توصيات غذائية مشخصة يظل تحديا .ولقد لخص الباحث (٢٠١٤) Bildالخطوات

الرئيسية لبحث الطب الحيوي كما يلي :

)أ( تحديد الاهداف بوضوح.

)ب( مخطط مختصر لطرق التحليل التي ستستخدم لتغطية الاهداف.

)ج( توقع متغيرات مربكة .anticipate confounding

)د( تدعيم التصميم التجريبي المبتكر.

)ه ( تفهم كيفية تطبيق واستخدام الطرق الاحصائية والحسابية لتحقيق الاهداف.

)و( تكرار تصميم الدراسة في عشائر مختلفة ولكن مع نفس طرق التحليل والطرق الاحصائية.

)ز( وصف الطرق بتفصيل كافي حتي يستطيع الاخرون استخدامها.

)ح( عمل البيانات الخام raw dataالمتاحة في مستودعات عامة مثل Gene Expression Omnibus وقاعدة بيانات التراكيب الجينية والتراكيب المظهرية .Database Genotypes and Phenotypes

ولهذا الاحساس العام يتم إضافة الاحتياج الي :

) (١طريقة نظام تغذية لفهم تعقديات التأثيرات المتداخلة للجين والبيئة.

) (٢تصميمات الدراسة "رقم "١لتقدير الاستجابات المستقلة.

) (٣بحث مشارك مبني علي اساس الجماعة لترجمة النتائج من أجل تحسين الصحة العامة والصحة

الشخصية.

) (٤تخزين دراسة قياسية يشمل بيانات التمثيل الغذائي.

١٦٢

)*(

تطبيقات التكنولوجيا الحيوية

Bio Technology Application

أولا :الوراثة المرتبطة بالتغذية المتخصصة للإنسان:

Nutrigenomics And Personalized Diets :

مقدمة :

من الناحية العملية ،سوف تسهم الدراسات الحالية على فهم طبيعة التعبير الجينى على تحديد الجينات المرتبطة بالصفات ذات الأهمية الإقتصادية حيث أن هناك إعتقادا راسخا بأن لعلاقة التغذية بالجينات تأثير على الأداء الإنتاجى للحيوانات المزرعية .هذا ومن المتوقع أن يسهم علم "النيوتريجينوميكس" فى توضيح كيف انه بالادارة السليمة لعملية التغذية للحيوانات المزرعية يمكن التغلب على العديد من المشاكل المرضية ورفع الأداء الإنتاجى.

ركبات الغذائية ،حيث تؤدي العمليات الكيميائية

نتعرض على امتداد أعمارنا إلى مزيج معقد من ال م الحيوية المعقدة إلى استخلاص الطاقة وعناصر مفيدة أخرى من الأغذية التي نتناولها حتى تتمكن

ركبات التي كانت تعتبر

أجسادنا من النمو وأداء الوظائف الحيوية المختلفة .ولقد بات العديد من ال م غير ذات أهمية في الماضي ،تنال الاعتراف الآن باعتبارها ذات تأثير واضح على صحتنا .على سبيل المثال ،قد تساعد الليكوبينات الناتجة عن طهي صلصة الطماطم على منع الإصابة بسرطان

البروستاتا.

والحقيقة أن الجميع يعرفون أن الطعام قد يكون ذا تأثير إيجابي أو سلبي على الصحة .وقد لا يستطيع الطعام أن يؤدي إلى شفاء أي مرض بعينه ،لكن الأنظمة الغذائية الغنية بالفواكه والخض اروات ،والحبوب والزيوت المستخلصة من النبات توفر الحماية من العديد من أنواع السرطانات ،وأمراض القلب والأوعية الدموية ،والأمراض الأخرى المرتبطة بالتقدم في العمر .ولكن هناك مشكلة مشتركة تواجه العلماء ومستهلكي الطعام على السواء ،ألا وهي أن الفوائد الناجمة عن

الأغذية ليست متماثلة لدى الجميع.

لذا يتعين أن نفهم كيف يتفاعل ما نتناوله من أغذيه مع أجسادنا أو على وجه الدقة ،مع جيناتنا الوراثية بحيث يؤثر على صحتنا .وهذا يسمى بعلم المورثات الغذائية .وتتلخص الغاية بعيدة الأمد من علم المورثات الغذائية في تحديد كيفية استجابة جسم الإنسان بالكامل للغذاء باستخدام ما يسمى

ب “بيولوجيا الأنظمة”.

كل خلية في الجسم باستثناء خلايا الدم الحمراء الناضجة ،هناك حوالي ٥٠تريليون خلية في جسم الإنسان البالغ تحتوي على نسخة من الحمض النووي ) ،(DNAوهي تلتف بإحكام بحيث تؤلف ٤٦حزمة منفصلة تدعى الكروموسومات .ويتم تخزين هذه الكروموسومات في قلب الخلية )نواتها(، وهناك ٢٢زوجا متماثلا منها ،يرجع واحد من كل زوج منها إلى الأب والآخر إلى الأم ،علاوة على كروموسوم )س( من الأم ،أو كروموسوم )س( أو )ص( من الأب؛ واذا اجتمع الكروموسومان )س(

ان الذكر

و)س( كانت انثي ،واذا ما اجتمع الكورموسومان )س( و)ص( ك

يخزن الحمض النووي المعلومات الحيوية الخاصة بالنمو ،واصلاح ،واحلال ،وتصحيح عمل الخلايا في أجسامنا .وهو يحتوي على خيطين يتكونان من الفوسفات والسكر وعلى طول

كل من

ركبات فريدة )تشكل قواعد الحمض النووي( .وهناك حوالي ثلاثة

هذين الخيطين تلتصق أربعة م

مليارات قاعدة ،ويشكل التتابع الذي تظهر به هذه القواعد الكود الوراثي أو الجينوم البشري.

)*( ترجمة وإعداد أ.د.أسامة محمد الحسيني

١٦٣

وداخل الكود الوراثي توجد من ٣٠ألف إلى ٤٠ألف منطقة عالية التنظيم تسمى الجينات أو المورثات .والجين هو الوحدة الأساسية للوراثة ،وما لم يكن توأما متماثلا فإن تركيبة الجينات التي ورثها من الأبوين هي تركيبة فريدة لا مثيل لها .والجينات التي يحتوي عليها الجسم تحدد البنية الوراثية .والنتاج الحاصل عن هذا ،كلون العين على سبيل المثال ،هو الذي يشكل الهيئة الفيزيائية.

من الممكن استخدام البنية الوراثية في تحديد الجينات التي تمتلكها ،لكن لا يمكن الاستعانة بها دوما في تحديد الهيئة الفيزيائية .إن توريث بعض الخواص ،مثل لون العين ،مسألة بسيطة .لكن غالبية الهيئات الفيزيائية نتاج لتفاعلات معقدة متعددة الجينات ،وتشارك في تحديدها البيئة، والخيارات التي نستقر عليها لأسلوب الحياة .وهذا يتضمن خطر التعرض لمجموعة من الأمراض

المرتبطة بالعمر.

ترمز الجينات إلى البروتينات ،أو الشغالة التي تعمل داخل الجسم وهي ليست مصنوعة من الحمض النووي على نحو مباشر ،لأنها لا تتحدث نفس اللغة .ويعمل الشريط النووي الوراثي ) (RNAكمترجم في عملية تسمى “النسخ” )أو قراءة الجينات( .وتؤدي عملية الترجمة من الشريط الوراثي إلى تكوين بروتينات ثلاثية الأبعاد مؤلفة من تركيبات مختلفة من الأحماض الأمينية ال ٢٢ الأساسية وهي أساسية لأن أجسامنا غير قادرة على تصنيعها ،ومن هنا فلابد من الحصول عليها من خلال أنظمتنا الغذائية .وتعمل البروتينات الناتجة وكمياتها وخصائصها مجتمعة على تشكيل البروتيوزات أو إنزيمات تحليل البروتينات ،وتعمل أنشطة هذه الإنزيمات ،بمصاحبة أو استجابة لإشارات صادرة من داخل الجسم أو من خارجه ،على تشكيل وتنظيم تمثيلنا الغذائي.

لقد بلغ علم المورثات الغذائية حدا من التعقيد لم يعد بوسع باحثي التغذية معه أن يعملوا بمفردهم.

وباتت مشاركة أصحاب الخبرات في مجموعة متنوعة من المجالات المختلفة علم الأحياء الجزيئي والخلوي ،والرياضيات والإحصاء ،والتغذية والأنظمة الغذائية ،وكيمياء الأغذية ،والعلوم الاجتماعية أم ار جوهريا لازما لتحقيق التقدم في هذا المجال.

حتى وقتنا الحاضر ،اتحدت ٢٢مجموعة رائدة لإنشاء المنظمة الأوروبية لعلوم المورثات الغذائية، والتي تتولى المفوضية الأوروبية تمويلها .وتوفر هذه المنظمة لأفضل الباحثين وعلماء من منظمات وهيئات تتنافس عادة من أجل الحصول على التمويل اللازم ،أول فرصة حقيقية للعمل معا .وعلى الرغم من المصاعب الناجمة عن الرطانة المهنية ،والبنية التنظيمية ،والمسافات المتفاوتة بين التخصصات المختلفة ،إلا أن الفوائد الناجمة عن التكامل بين المؤسسات العاملة في حقل علم المورثات الغذائية ومجالات خبراتها المختلفة تؤدي إلى معادلة تلك المصاعب والتغلب عليها لتضمن بذلك الاستغلال التعاوني الأمثل للمعرفة وتطبيقاتها في مجال أبحاث التغذية.

إن علم المورثات الغذائية لا يمثل كن از مقدسا فقط بالنسبة للمهتمين بالتغذية ،لكنه أيضا لا ينبغي أن يكون حك ار على قلة من الأثرياء الذين يستطيعون تحمل تكاليف المنتجات الغذائية الجديدة حين تصبح متاحة .لقد أدى تحديد بنية الحمض النووي وتتابع سلسلة الجينوم البشري إلى ثورة في عالم الأحياء والطب .كما قاد الى ظهور تخصصات جديدة وزاد من عمق فهمنا للأمراض .لكن مثل هذه المعارف ناد ار ما تسمح لنا بالسيطرة على النتائج أو الوقاية بدلا من العلاج .والحقيقة أننا وقد دخلنا إلى القرن الواحد والعشرين ما زلنا عاجزين عن إيجاد وصف للصحة غير الخلو من المرض.

ولكن مع تقنيات اليوم الحديثة نستطيع تعريف الصحة فيما يتصل بأشكال التعبير الجيني ،وانتاج البروتين ،واستجابة عمليات التمثيل الغذائي .كما أن تطبيق علم مورثات التغذية على علوم التغذية من شأنه أن يسمح لنا بأن نفهم ،بل وربما الأهم من ذلك ،أن نستغل استجاباتنا الفردية للأغذية

المتاحة بهدف تحقيق النفع لصحة الجسم.

١٦٤

قد يعني هذا لبعض الناس المزيد من الاختبارات الوراثية المكلفة والأنظمة الغذائية المصممة حسب الحاجة ،لكنه في نظر أغلب الناس يعني نصيحة واقعية مستندة إلى هيئات فيزيائية مرئية يمكن إقامة الدليل عليها كالميل إلى اكتساب الوزن على سبيل المثال ،أو الحساسية لأنماط معينة من الأطعمة .وفي المقام الأول فإن علم مورثات التغذية يحمل لنا وعدا بتوفير حياة مستقلة تتسم بالصحة ،وهي غاية غالية يتمنى كل منا أن يدركها حين يتقدم به العمر.

نظام الغذاء الحديث يطعم ستة بليون نسمة مع تنوع ملحوظ في التغذية والأمان وسوف تساعد خطوات زيادة القيمة الغذائية للأغذية المستقلة في تشخيص الصحة وفي ارشادات لتحقيق صحة ممتازة .وتعتبر الوراثة المرتبطة بالتغذية دراسة تأثير الغذاء ومكوناته علي التعبير الجيني Nutrigenomicsحقلا علميا للأساس الجيني لتباين التعرض للأمراض والاستجابات المختلفة للأغذية وبالرغم من أن هذه المحددات الجينية سوف تكون بسيطة ومسئولة عن التعبير الجيني الشخصي كوسيله للتنبؤ بالصحة فإن البنية الوراثية لا تكون genotypingالسر لتشخيص الصحة والعليقة والتكنولوجيا التي تقيم الإنسان من حيث الوراثة المرتبطة بتشكيل البروتين proteomics والوراثة المرتبطة بالتمثيل الغذائي ) metabolomicsالعمليات الكيماوية المتضمنه نواتج التمثيل الغذائي( تمدنا بأدوات لفهم والتقديم الدقيق للبنية الوراثية الغذائية .nutritional phenotype المادة الوراثية للإنسان تمد علوم الحياه بمخطط او برنامج يشمل أهدافا لتحسين صحة الإنسان ومن جهة أخري ،للعليقة شرعية أكبر من العلاج البسيط من المرض وتفهم كلا من دور العليقة في التعبير المتباين للمادة الوراثية genomeودور الجينات الوراثية في الاستجابات المتباينه للعليقة

يعتبر اساسي لتفهم صحة الانسان.

من المعروف ان الأفراد المستقلة تختلف استجابتها بنفس اختلاف كمية الغذاء المأكول فعلي سبيل المثال يسبب كوليسترول الغذاء تغيرات في كوليسترول البلازما تعتمد علي الأفراد المستقلة .ومن المعروف ان بعض التباين في الاستجابة لكوليسترول الغذاء يعتبر بنية وراثية غير مستقلة

.genotype dependent

البحث الغذائي تشخيص جاء يأخذ علي عاتقه التحرك تجاه تشخيص المرض .ولقد تغير الغذاء خلال المائة سنه الماضية كما تغيرت المجتمعات من الريف الي الحضر حيث تستخدم التكنولوجيا.

وتغيرت الزراعة من مزارع عائلية صغيرة كثيرة الي صناعات قليله متحده ولقد تحول الغذاء كعمل من نموذج يركز علي السعلة حيث يؤدي العمل بواسطة المستهلكين في المنزل الي نموذج يركز علي المنتج الذي ينجز من خلال عملية التصنيع بداخل المصنع.

ولقد اتجهت تحديات صحة الغذاء من حل نقص المركبات الغذائية الذي يسببه اختيارات الغذاء غير المناسبة مما يؤدي الي عدم اتزان الطاقة الذي يسببه اختيار الغذاء غير المناسب ونتيجة لذلك تغيرت اهتمامات المستهلك من الخوف من الأمان الي الخوف من الإضرار بالصحة.

الوراثة المرتبطة بالتغذية ،تأثير الغذاء ومكوناته علي التعبير الجيني والغذاء :Nutrigenomics الأدوات التي تختبر بدقة التنوع الاختلاف الوراثي والتمثيلي للأنسان من حيث الاستجابات المرتبطة بالصحة للغذاء يمكن استخدامها لتحديد الاولويات الحسية الشخصية للأغذية والحساسية وعدم تحمل المواد الغذاء .والوراثة المرتبطة بالغذاء ودراسة التأثير الغذاء علي التعبير الوراثي سوف تخبر بالاحتياجات الغذائية واستجابات الانسان والاساس الوراثي لاختلافها عن طريق مدي واسع من الصفات والوراثة الزراعية للسلع الغذائية سوف تخبر بالتالي عن تفهمنا لبيولوجيا وكيمياء والدورالوظيفي للمواد الحيوية التي يتكون منها الغذاء .والمواد الوراثية للحيوانات المنتجة سوف ترشد عن كل شيء يتعلق بكفاءة محصول الانتاج لاعادة تصميم تركيب انسجة الجسم المأكولة من

١٦٥

اجل حمايتها من المسببات المرضية والسموم .والمواد الوراثية للأحياء الدقيقة تعيد تحديد جميع مظاهر امان الغذاء الميكروبي وتبدأ في ارشاد علم ميكروبيولوجيا الإغذية وتطبيقاتها بداية من تعزيز عملية التصنيع البيولوجي للأغذية الي توضيح دور الكائنات الحية الدقيقة من اجل انتاج

غذاء صحي.

الوراثة المرتبطة بالتغذية ،تأثير الغذاء ومكوناته علي التعبير الوراثي للمركبات الغذائية

الضرورية وغير الضرورية:

Nutrigenomics Essential And Nonessential Nutrients :

أكتمل علميا اكتشاف المركبات الغذائية الضرورية لصحة الانسان واستراتيجية غذاء تأمين جميع المركبات الغذائية الضرورية لجميع التعداد السكاني هي توفير جرعة زائدة من هذه المركبات لكل فرد وتبني هذه الاستراتيجية علي ميزة بيولوجية هامة .ونظ ار لأن الاشخاص بصورة مستقلة تنظم طبيعيا كل مركب غذائي ضروري من خلال مدي واسع من الغذاء المأكول ،وبالرغم من هذا فإن بعض تجمعات السكان مازالت تعاني من نقص المأكول من المركبات الغذائية الضرورية بسبب الفقر واختبارات الغذاء .وتعدد المظهر الجيني الذي يزيد او يعدل من الاحتياجات ،ظروف العلاج بالأدوية التي تعدل الاستفادة من المركبات الغذائية او التمثيل الغذائي او تجعل عملية الامتصاص بالقناه الهضمية غير طبيعية فعلي سبيل المثال فيتامين Dنجد أن الوجبات غير المعتادة واختيارات نمط الحياة lifestyleالتي تقلل لأدني حد من المصادر البديلة ) مثل التعرض لأشعة الشمس( تعتبر اساس نقص هذا الفيتامين .ولقد ثبت علميا ان توفير حامض الفوليك في الغذاء لا

يمنع مرض الانيميا الناتج من نقص فيتامين B12

تعتمد الصحة الغذائية علي مقدار المأكول من المركب الغذائي الضروري كما أن عدم الاتزان الشديد في الوجبه الغذائية تسبب الأمراض التمثيلية بالاضافة الي ذلك فإن المركبات الغذائية الضرورية والمركبات الغذائية غير الضرورية والعوامل البيئية تتداخل مع المادة الوراثية gemome والنواتج الجينية postgenomic productsومن أمثلة هذه العوامل :تركيب العليقة ،الالياف ،قوام الغذاء وكثافة مضادات الأكسدة وكذلك التنظيم البيئي والتمثيل الغذائي والاحياء الدقيقة بالقناة الهضمية ،المنشطات الحيوية وغيرها .والهدف من تشخيص التغذية المبني علي التباين في النمط الجيني genotypicوعملية التمثيل الغذائي سوف يحتاج الي تحديد المستجيبين من غير المستجيبين للوجبه الغذائية .والاتجاه الحالي هو انتاج سلع غذائية لتغطية عملية التمثيل الغذائي

والأداء والصحة الجيدة واحتياجات المستهلك.

النمط الجيني والنمط المظهري : Genotype and Phenotype يختلف البشر في احتياجاتهم واستجابتهم لمكونات الوجبه الغذائية المتنوعة وتحديد اي من هذه الاختلافات يعزي الي التباينات الوراثية هو اساس البحث العلمي للوراثة المرتبطة بالتغذية )لتأثير الغذاء علي التعبير الجيني( ومعظم الصورة الكاملة لهذه الاختلافات نشأت من التباين في تمثيل

)MTHFR

حامض الفوليك .ويصاحب التعدد المظهري لجين انزيم methylene Tetrahydrofolate reductaseاختلاف في التمثيل الغذائي وهذا الاختلاف يؤثر علي كل من الاحتياجات المستقلة لكل شخص من حامض الفوليك وزيادة عدد النواتج المظهرية والتي منها مرض القلب .ولقد اوضحت الدراسات البحثية ان نجاح استخدام الوراثة في التغذية هو الامداد بحامض الفوليك في هؤلاء الحاملين للمخاطرة الجينية يعني أن Mtherيقلل من حدوث مشاكل

صحية متنوعة نتيجة لحالات نقص حامض الفوليك.

١٦٦

النمط الجيني يحدد التباين الوراثي محولا غطاء النيكليوتيد nucleoticde coverageمن أليل فردي وتحديد واسع للمادة الوراثية لفروق وراثية معينه والأدوات المستخدمه لاجراء التجارب الوراثية تتضمن :طرق التهجين ،التوسعات الأولية primer extensions oligonucleotde ligationsالتوسع الدائري rolling rircle amplificationالانقسام النووي الداخلي

.endonuyclense deavatge

يصاحب التباينات في المادة الوراثية مقاومة الأمراض واستجابات تمثيلية للوجبه الغذائية والبيئة والأدوية pharmacologyوالعقاقير ومن ثم يتأثر بنمط التمثيل الغذائي جزئيا باللدانه المتطورة developmental plasticityوبالدفع المبكر في الحياة وبتداخلات العوامل البيئية لوقت زائد.

التحكم البيئي فى الوراثة : Epigenetic Control للتعبير الجيني بواسطة العوامل الغذائية والبيئية يحدد استمرار مدي الحياة عن طريق Disut methy lationبالاضافة الي ذلك فإن الوراثة المرتبطة بالتغذية في الحياة تعدل مبك ار التعبير الجيني اثناء التطور والنضج وتمكن الكائن الحي من الاستجابة للظروف البيئية وتضبط تطورها المظهري لتتمشي مع بيئتها ولقد لوحظ ان الدرجة العالية للتطور والتكنولوجيا ادت الي انتشار واسع لصفات الانتخاب الايجابية .الهدف من دراسة الوراثة المرتبطة بالتغذية هو تحديد الاستجابات المظهرية في العشيرة التي تسببها التداخل بين الوجبه الغذائية والتباين الوراثي.

التعبير الجيني كنتاج :دراسة النسخ Gene Expression As An Output علم دراسة النسخ دراسة فحص مستوي التعبير mRNAفي عشبي الخلاياTranscriptomic .

يقيس الاف النسخ من نسيج أو سائل بيولوجي .ولقد قيمت بنجاح كل من تكنولوجيا النظام الدقيق للحامض النووي DNDوالوقت الحقيقي الكمي RCRالتداخل بين الوجبة الغذائية والجينات المقاسة كتغيرات في التعبير الجيني وبالمقارنة مع الطرق الكيموحيوية التقليدية تعتبر transcriptomicsا كثر حساسية واداه اخبارية لتحديد الحالة الغذائية من حيث نقص المركبات الغذائية واستجابات التمثيل الغذائي للوجبه الغذائية فعلي سبيل المثال :التنظيم العالي المرتبط بالنسخ يعكس التغيرات في وظيفة وبناء الهيكل العضلي مما يقترح بأن المسموح اليومي الموصي به RDAللبروتين يكون منخفضا جدا ولقد اظهرت ايضا تكنولوجيا التعبير التداخلات بين الوجبه الغذائية ونتاج عملية التمثيل الغذائي ،ولقد اوضح ميزان الطاقة والتركيب الغذائي تعديلا في تعبير الجينات من حيث حساسية الانسولين وتمثيل الدهون ،والأكسدة والمناعة والالتهاب.

استخدمت ادوات البحث الوراثي في تعيين المرقمات الجزئية الفعالة في كل شيء من صحة الانسان والحيوان الي تحسين المحصول من حيث كفاءته ونوعية المركبات الغذائية ومقاومة الأمراض والأمان بالإضافة الي ذلك فإن المعرفة المكتسبة من تعيين الاليلات عند جميع المواضع في العشيرة تسمح للمربين بتصميم نمط وراثي في silicoالمبني علي الشكل المظهري المرغوب.

البروتين دراسة البروتينات من حيث تركيبها ووظيفتها كناتج Protein As An Output Proteomics يخصص ال Proteomicsلوصف المكمل النهائي للبروتينات وتعديلاتها بالخلايا والأنسجة والأعضاء .والمادة الوراثية للأنسان ثابته نسبيا ومستقره في جميع جسم الانسان ،ويعتبر البروتيوم proteomeاكثر تعقيدا ومتحركا ويتباين بمضي الوقت وفيما بين الخلايا وهو يعتبر البروتينات ذاتها وتعديلاتها التي تظهر وظائفها الكيموحيوية والفسيولوجية والبنائية في الانسجة والخلايا..

واستخدام ال Proteomicsلتعيين المرقمات الحيوية كان لاحداث تغيير كامل في التشيخصات الطبية.عند تحليل البروتيوم من كبد الفئران المغذاه علي مستخلص بذور العنب ظهر ١٣٠بروتين

معبر مختلف.

١٦٧

وفي مجالات علوم الأغذية والتكنولوجيا الحيوية والتغذية تتركز في استراتيجية الوراثة المرتبطة بالبروتين Proteomicsفي اكتشاف الاغذية الفعالة ذات التأثيرات التمثيلية ويسود هذا في ابحاث النباتات والحيوانات المفرزة للبروتين من أجل تربية نباتات محصول الجيل التالي ،وفي تعيين المرقمات الحيوية الطبية وفي اكتشاف الأغراض المسببة للشفاء .therapeutic Eargets ومن جهة اخري يصف السيكروتيوم secretomeدراسة البروتينات التي تفرزبواسطة حلية او نسيج او عضو عند اي وقت معطي او تحت ظروف معينه واثناء التعديل الوراثي الخلوي Cellular posttranslational modificationتصبح البروتينات معدلة كيماويا وتلعب دو ار اساسيا في افراز المنتج بالإضافة الي ذلك فإن هذا التعديل الوراثي يؤثر ايضا علي الوظائف البيولوجية والفسيولوجية للبروتين مثل تمييز الخلية cell recognitionوحماية الخليةcell protection ولقد بدأت علوم الاغذية والتكنولوجيا الحيوية في استغلال التأثيرات المحسنة للصحة لبروتينات

الحيويةالنشطة وببيتيدات االلبن

التمثيل الغذائي كناتج : Metabolism As An Output Metabolemics يعتبر ال Metabolomicsمقياس الجزئيات الصغيرة في السوائل الحيوية والأنسجة والخلايا باستخدام برامج التحليل الطيفي ،وتساعد metabolomicsكثي ار في التعرف علي معتقدات تنظيم التمثيل الغذائي بالمقارنه بمقاييس المرقمات الحيوية الفردية التي تستخدم طرق المرقمات الحيوية التقليدية والميتابولوم metabolomeيشبه البروتيوم ) proteomeخليط من البروتين والمادة الوراثية( من حيث عدم القدرة علي التعرف بنفس الاحساس مثل المادة الوراثية ،genomeوجميع الخلايا والسوائل الحيوية تحتوي علي عدد محدود من النواتج التمثيلية ويستمر الثبات التمثيلي لكي تكون التباينات الواقعية في أي من النواتج التمثيلية صغيرة نسبيا .وهذه الجزئيات الأساسية وتدفقها من خلال التمثيل الغذائي في الانسان لها كميات ثابته نسبيا وتتضمن :المادة الخاضعة لتأثير الانزيم substrateومركبات التمثيل الوسطيه ومنتجات التمثيل الداخلي .ومن ثم يظل الميتابولوم metabolomeتركيب بيولوجي تحتاج منفعته الطبية الي افتراضات وبروتوكولات وظروف مرجعية قياسية .ولقد اثبتت ال metabolicانها تخبر عن اظهار التأثيرات التمثيلية المعقدة للعليقة .وكذلك التنبؤ بالاستجابات للأدوية للعقاقير الطبية والتغيرات في تركيب الجسم اثناء تقليل الطاقة energy restrictionوفي التعرف علي الانحرافات التمثيلية المصاحبة للمرض.

دراسة وراثة الغذاء : Genomics of Food

الأدوات الجزئيية المستخدمة لتوضيح التأثيرات التمثيلية للتداخلات ما بين الوراثة والمركبات الغذائية اثبتت فاعليتها عبر العلوم الزراعية والغذائية .ولقد لوحظ ان التركيب الوراثي والتعبير الجيني للأبقار تعرفا علي عدد ضخم من موضع الصفات الكمية QTLالتي تؤثر علي نوعية وكمية المركب الغذائي .بالإضافة الي ذلك فإن التكنولوجيا أدت الي انتاج سلع غذائية ذات مكونات حيوية نشطه موجودة في لبن الصدر .ومن المعروف ان جينات الانسان من اجل بروتينات اللبن التي لها وظائف حيوية تقاوم الح اررة والبيئات الحامضية والقلوية وبذلك تتم المحافظة علي الأنشطة الحيوية .والجزئيات الموجودة في اللبن والتي من امثلتها منتجات هضم اللاكتوفيرين ،lactoferrin اللاكتوفيريسين lactoferricinتؤدي انشطتها بعد التعرض للعمليات الفسيولوجية وحديثا،يتحد البيتيد الميكروبي مع البروتينات البللورية المنتجة من جينات Cip A and Cip B of Photorbabdus luminescens shubspمما يؤدي الي مستوي تعبير جيني عالي وتنقية هذه البروتينات والصفات الحيوية النشطة للبن التي تظهر عن طريق الانتخاب الطبيعي واستخدامات التكنولوجيا الحيوية لفصل هذه البروتينات قد ازدادت كمكون جيل اول مسرودة من اجل انتاج

١٦٨

اغذية فعالة وطبية توجه احتياجات الصحة المستهدفه للأشخاص المستقلة من اسهال الي امراض

تمثيلية.

المواد الوراثية : Commodity Genomes

تعتبر المواد الوراثية للنباتات والحيوانات والخميرة والفطريات والبكتريا والفيروسات علوم مرشدة لتفهم محتويات المركب الغذائي والثبات واستراتيجيات العملية والأمان.

النباتات : Plants

تميل المواد الوراثية النباتيه الي كونها مشوهة بسبب تعدد نسخ الكروموزومات polypoidyوتعتبر المواد الوراثية الهامة النباتية كاملة او شبه كامله وتكون اساس مصدر المعرفة الرئيسي للبحوث الغذائية وبالنسبة للأنتاج الزراعي فإن هذه المواد الوراثية genomesذات قيمة كبيرة فالصفات الكمية للمحصول ومقاومة الأفات وتحمل اجهاد الماء ازدادت كمدخلات جينية.

مازال الباحثون العاملون في مجال التغذية يستخدمون الاستراتيجيات الاساسية من اجل التحرك فيما وراء تعيين الجينات المرتبطة بالمركبات الغذائية الضرورية لمعظم القيمة الحيوية للمركبات الغذائية ومن جهة اخري يعتبر تفهم الاستراتيجيات التي من خلالها تطور النباتات المختلفة مادتها الوراثية ضروريا لزيادة القيمة الغذائية عندما تستهلك النباتات.

الحيوانات : Animals

الوجبه الغذائية الغنية بالمنتجات الحيوانية المتنوعة كانت جزءا هاما من تاريخنا المتطور وسواء كانت المنتجات الحيوانية الغنية بالمركبات الغذائية عالية النوعية خاما او مطهية فإنها احدي العوامل التي تمكننا من وجبة غذائية صحية تعتبرالمواد الوراثية لحيوانات المزرعة )دجاج ،حملان، ماعز ،وسمك( كامل او في مراحلها النهائية للأكتمال.

ولقد نشأت الابقار والدجاج كحيوانات منتجة وموادها الوراثية encaleللحيوانات نفسها ولمنتجاتها الغنية في قيمتها الغذائية )لبن وبيض( فانتاجية الدجاج تحسن اداءه من حيث معدل التحويل الغذائي وانتاج البيض وتقدم تحسينها الوراثي من خلال البحوث العلمية التي تركز علي تقليل الاصابة بالأمراض لأدني حد وكذلك تكلفة الانتاج والغذاء الأمن.

وحديثا ،اكتملت المادة الوراثية للأبقار ولكن ظهرت معلومات هامة من خلال البحوث التي اجريت عن انتاج اللبن ونوعيته الحيوية والغذائية ولقد بدأت التحليلات الوراثية في وصف التباين الطبيعي في انواع الابقار وأظهرت اساس الفروق في مركبات اللبن الوراثية الأساسية بالإضافة الي ذلك تستطيع انظمة التعبير مراقبة تأثيرات التربية والمعاملات الغذائية.

الكائنات الحية الدقيقة : Microorganisms

التخمر الميكروبي يعتبر من احد الأمور الهامة في التصنيع الغذائي نظ ار لفوائده العديدة من حيث ثبات الغذاء ،الأمان والقيمه البيولوجية ولا سيما اكساب الاغذية صفات organolepticهناك تباين واسع في بيئة الكائنات الحية الدقيقة بالقناة الهضمية داخل وبين الحيوانات وعند حدوث تعديل في هذه البيئة البكتيرية تتغير كل من :صحة الحيوان والمادة الوراثية genomeالميتابوليوم metabolomeالنسخ والبروتيوم والأحياء الدقيقة بالقناة الهضمية تساهم في احداث تباين في ميزان الطاقة .ولقد لوحظ ان المركبات التمثيلية بالبول تعكس حالة التمثيل الغذائي للأحياء الدقيقة بالقناة الهضمية للأنسان ومظهر السمنه obesity phonotypeوتمثيل الكربوهيدرات الغير مهضومة بواسطة الاحياء الدقيقة للأمعاء تغير من استخلاص الطاقة من الوجبة الغذائية بواسطة العائل hostوالاحماض الدهنية القصيرة السلسلة المنتجة بواسطة الاحياء الدقيقة تمثل %٧من

١٦٩

المواد الخاضعة لتأثير الانزيمات التي تدخل عملية التمثيل الغذائي للكربوهيدرات gluconeogenesisوتمثل %١٥ – ٥من الاحتياجات الكلية من الطاقة للأنسان.

تستطيع الوجبه الغذائية تغيير التركيب الميكروبي علي اساس محتواها من الكربوهيدرات والألياف والمأكول من الدهن والخضروات ،وعن طريق التطعيم المباشر بواسطة الاغذية المخمرة .وتغيير او تعديل بكتريا الامعاء بواسطة المنشطات الحيوية يقلل حدوث خلل وظيفي في الأمعاء ،وتضخم الكبد الذي اسببه الوجبه الغذائية endotoxemiaالغالية في محتواها من الدهن وتحسين ثبات مستوي الكوليسترول ومن الواضح ان البيئة الميكروبية بالقناة الهضمية للأنسان لها تأثيرات شديدة علي كل من التمثيل الغذائي في الانسان ،التعبير الجيني والصحة ومن جهة اخري للتعرف علي التداخلات ما بين الغذاء والأحياء الدقيقة له ميزة بجانب ان تطوير اغذية جديدة سوف يحسن

الصحة والتمثيل الغذائي والحماية.

الدورالوظيفي للأمعاء ) من المناعة الي الميكروبيولوجي( : Intestinal Function المركبات الغذائية لها تأثيرات كثيرة علي التعبير الجيني في جميع الانسجة ومنها أنسجة الأمعاء وهذه التأثيرات مباشرة او غير مباشرة فالتأثيرات غير المباشرة للمركبات الغذائية علي وظيفة الأمعاء والتعبير الجيني يمكن اظهارها في عدد من الطرق كمركبات كلية او جزئيات معدلة او متحللة ) مثل :البيتيدات( وعلي سبيل المثال يعتبر استهلاك سكريات الاوليجولين الانسان غير مهضوم كاملا بواسطة الاطفال حديثي الولادة وتعديل الجهاز المناعي في القناة الهضمية بواسطة مكونات الغذاء يستخدم في احداث تحمل فمي او اخماد استجابه المناعة لانتجينات الغذاء food antigensولقد ثبت ان بروتينات الغذاء لها تأثيرات علي خلايا المناعة المعوية عن طريق النضج المظهري وافراز سيتكوين cotkineمعين مما يؤثر في النهاية علي تنشيط خلايا T واستجابة المناعة .وثبت ايضا ان تقديم الاغذية في مرحلة الطفولة المبكرة يحدد خطورة الاغذية المسببة للحساسية ومرض المناعة الذاتيه autimmune diseaseوجميع هذه التأثي ارت تكون متوسطة عند حدوث تأثيرات متداخله ما بين العائل والميكروبات.

تلعب المركبات الغذائية ايضا دو ار اساسيا في اكتمال الميكروفلو ار بأمعاء الطفل وتقوم مكونات معينه في لبن الانسان بإرشاد القناة الهضمية للطفل عن طريق تنشيط نمو تعدادات ميكروبية معينه مثل b.LONGUM SHUBSPالموجودة في صدر الاطفال المغذاه ولقد اظهر التسلسل الجيني والصفات التمثيلية لبكتريا b.INFANTISجينات متضاعفة في أربعة عناقيد مما يساعد في عملية هضم والتمثيل والتخمر سكريات الاوليجو في لبن الانسان ومن ثم تدعيم بيئتها الملاءمة في

الاطفال.

الأنسجة الضامة : Adipose Tissue

النسيج الضام له أهمية في الصحة والأمراض التمثيلية ترجع والتباينات في تطور وتعاقب السمنه obesityالي التداخلات المعقدة للقابلية الوراثيه genetic predispositionوالتداخلات بين الوراثة والمركبات الغذائية .ولقد ساعدت مادة الوراثة المرتبطة بالتغذية دراسة تأثير الغذاء علي التعبير الجيني nutrigenomicsفي اكتشاف التداخلات بين التباين الوراثي والوجبه الغذائية لانتاج انماط مظهرية مقاسة توضع في صورة مجموعات كمستجيبين وغير مستجيبين للحلول المتنوعة المبينه علي الغذاء فمثلا حوامل ADIPOAلها BMIاقل وخطورة سمنه اقل عندما تكون نسبة الدهون المحتوية علي الأحماض الدهنية غير المشبعة الاحادية MUFAأكبر من أو تساوي %١٣من كمية الطاقة الكلية المأكولة وبالعكس فإن تأثير التباين الوراثي علي خطورة المرض لم يتواجد في حوامل 11391aعندما كان مستوي MUFAاقل من %١٣من الطاقة الكلية ولقد

١٧٠

صوحب المأكول من MUFAبنسبة اكبر من %١٣من الطاقة الطلية بزيادة كل من تركيز هذه الدهون في البلازما ومقاومة الانسولين HOMA IRفي الاشخاص الحاملين لأليل rs4850704 .clock geneالبحث العلمي في مجال الوراثة المرتبطة بالتغذية لا تحتاج الي دراسات واسعة وطويله للتعرف علي جميع التأثيرات المتداخله بين الوراثة والتغذية ونواتجها المظهرية.

تعتبر السمنه obesityمرض تمثيلي معقد مثل مسبباته ولذلك فإن الطرق لمعاملته ومنعه سوف تتباين داخل العشيرة ومن جهة أخري لا تستطيع hutrigenomicsان تحدد بمفردها جميع التبايانات التي تقدر الاستجابات التمثيلية للغذاء والتنظيم التمثيلي هو نتيجة لتداخلات معقدة بين

الوراثة والمظهر التمثيلي والبيئة العليقة

المحاولات التي توضح التداخلات بين الوراثة والعليقي تركزت بدرجة كبيرة علي تركيب مكونات الغذاء التي تؤثر علي المعدل الذي عنده تتدفق مكونات الوجبه الغذائية والمادة الخاضعة substrateوالمركبات الوسطيه الناتجه من التمثيل الغذائي الي الدورة الدموية وتؤثر علي الهرمونات والانزيمات التي تنظم مسارات عملية التمثيل الغذائي .فعلي سبيل المثال اعطاء اغذية منخفضة السكر مقابل عاليه السكر بعد التمرين الرياضي بساعة يزيد من التعبير الجيني ومستويات البروتين لناقل الاحماض الدهنيه FAT CD36وذلك يوضح كيف تزيد الوجبات الغذائية المنخفضة في السكر من أكسدة الأحماض الدهنيه ولقد لوحظ عنداستخدام طريقة اومكس المتكاملة mtegrated Omicsان الكربوهيدرات تعدل من بروفيل نواتج التمثيل الغذائي بالسيرم متضمنه انواع lysophsphatidyloholineوجينات الحامض النووي الرسول mRNAالمرتبطة بالاجهاد والجينات المتعلقة بتمييز النسيج الضام مما يوضح ان الكربوهيدرات التي تزيد من مستوي سكر الجلوكوز بالدم تظهر استجابات proinflammatoryالتي تعدل من الانسولين وتمثيل الجلوكوز.

دراسة تأثير الغذاء علي التعبير الجيني والكبد : Nutrigeneomics And The Liver الفحص الدقيق لحالة الكبد مع قياس منتجاته التمثيلية كان له ميزة كبيرة للتشخيص لعقود زمية عديدة )فعلي سبيل المثال :قياس الكوليسترول والليبوبروتينات كمرقم لخطورة مرض القلب(.

وجد الباحثون استجابة للتكييف مع التغذية علي مستويات دهن عالية في الفأر حيث اصيبت بالسمنه والأمراض التمثيلية والتي من اعراضها :التهابات ومرحلة مبكره للسمية بالدهن ومرحلة متأخرة للدهن Steatotic late phaseوعند تغذية الفئران لفترة طويلة علي عليقة عالية في محتواها الدهن ازدادت الزيادة المكتسبة في وزن الجسم والنسيج الدهني وكذلك تعبير جينات التمثيل الغذائي في النسيج الدهني وعضلات اناث الفئران بدرجة اكبر من الذكور .وفي ذكور الفئ ارن صوحب التعبير الزائد لكلا من PPARa and CITفي الكبد محتوي اعلي للجلسريدات الثلاثية بالكبد وتركيز اعلي لهرمون الانسولين بالدم مقارنه باناث الفئران ،ولقد وجد ايضا ان الاحماض الدهنيه غير المشبعة الطويلة السلسلة لها تأثيرات أقوي علي التعبير الجيني في كبد الفئران من

مثيلاتها القصيرة السلسلة.

أوضح الباحثون ان تنشيط نسخ جينات PPARBa0المستخدمة في تمثيل الدهن اعقبه تركيزات للأحماض الدهنيه الحرة بالبلازما وأظهرت دراسة بحثية حديثة ان شطب PPARBنتج عنه زيادة تنظيم المسارات المرتبطه بالمناعة والالتهاب وتقليل تنظيم المسارات المرتبطة بتمثيل الليبوبروتين والاستفادة من الجلوكوز والتي ترتبط بالجلوكوز والجلسريدات الثلاثية الزائدة في البلازما.

استهلاك بذور العنب علي خلفية عليقة عالية في محتواها من الدهن يخفض من التعبير الجيني الزائد لجينات الكبد المرتبطة بافراز الليبوبروتين وتمثيل الدهن بالإضافة الي جعل مستوي الجلسريدات الثلاثية والكوليسترول المنخفضة الكثافة في بلازما دم الفئران طبيعيا .ولوحظ ايضا ان

١٧١