La nutrigénétique et la nutrigénomique

nutrigénétique

Connaissez-vous l’importance des nourritures consommées pour votre corps ? L’alimentation est un facteur environnemental qui affecte l’état nutritionnel de tout être humain. D’ailleurs, actuellement, la nutrition et la génétique interagissent ensemble pour s’intégrer dans un domaine d’étude appelé la génétique nutritionnelle. Cet article passera donc en revue donc différents concepts tels que la nutrigénétique et la nutrigénomique, et aborde la relation profonde existant entre les aliments, la santé et les gènes.

La route vers une nutrition personnalisée

Le génotype est l’information génétique d’un individu et le phénotype concerne l’expression du génotype en fonction de l’environnement dans lequel il se trouve. L’étude de ces deux éléments vise à obtenir les connaissances nécessaires pour générer des recommandations diététiques ou nutritionnelles spécifiques en fonction de la personne à traiter. 

Les risques et les avantages du régime alimentaire ou de certains de ses composants sont donc étudiés de manière à fournir, prochainement, un régime alimentaire personnalisé en fonction du patrimoine génétique de chacun. De plus, ce régime pourra prendre en compte l’état nutritionnel de l’individu concerné et ses besoins nutritionnels.

La nutrigénomique

La nutrigénomique est la science qui explique les mécanismes moléculaires par lesquels différents composants d’un aliment affectent la santé des Hommes via la modification de la structure et de l’expression de leurs gènes. Elle permet alors d’étudier comment l’alimentation, notamment les macronutriments et les micronutriments, affecte l’expression des gènes. Autrement dit, quels gènes sont induits et quels gènes sont réprimés en fonction des substances que nous fournissons avec nos nourritures. Il faut savoir que le régime alimentaire a des effets sur le génome, le protéome et le métabolome.

La nutrigénétique

Elle permet d’expliquer comment les gènes répondent à un régime particulier, en tenant compte de la variation dans la population. A ce stade, le rôle des polymorphismes mononucléotidiques et des effets épigénétiques, qui influent sur tous les niveaux, doit être pris en compte.

Bien qu’il soit nécessaire de différencier la nutrigénomique et la nutrigénétique dans certaines circonstances, nous pouvons trouver des références où ces termes sont utilisés de manière interchangeable. En effet, ces deux éléments renvoient à l’étude de l’interaction des nutriments avec le génome.

Une nouvelle ère en médecine et en nutrition

L’application des techniques de biologie moléculaire et le succès du projet du génome humain ont ouvert une nouvelle ère en médecine et en nutrition. À ce jour, au moins 1 000 gènes humains pathogènes ont été identifiés et partiellement caractérisés. 97 % d’entre eux sont connus pour causer des maladies monogéniques. Cependant, d’autres maladies, comme l’obésité, les maladies cardiovasculaires, le diabète ou le cancer, sont dues à des interactions complexes entre divers gènes et facteurs environnementaux.

En ce sens, les sciences de la nutrition mettent en avant ce que l’on a appelé les sciences « omiques ». Sous l’impulsion des révélations récentes du projet du génome humain et des développements technologiques connexes, le génotypage, la transcriptomique, la protéomique et la métabolomique peuvent maintenant être utilisés dans la recherche en nutrition.

Le futur verra l’utilisation de nouveaux outils pour la sélection des nutriments bioactifs, de nouveaux marqueurs pour définir l’efficacité des nutriments in vivo et une meilleure compréhension de l’influence des polymorphismes génétiques sur le métabolisme des nutriments. Ainsi, l’industrie alimentaire a la possibilité de se servir des composants bioactifs des aliments pour améliorer la santé humaine et prévenir les maladies, en tenant compte de la composition génétique des consommateurs.

Cette nouvelle ère de nutrition moléculaire (interactions gènes-nutriments) peut prendre plusieurs directions, bien qu’il y en ait deux essentielles. D’une part, elle permet d’étudier l’influence des nutriments sur l’expression des gènes (nutrigénomique). D’autre part, elle vise à connaître l’influence des variations génétiques sur la réponse de l’organisme aux nutriments (nutrigénétique).

La relation entre nutrition, gènes et santé

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La nutrition est un processus complexe qui fournit des nutriments ou substances indispensables dans le cycle de vie d’une personne. Ces substances agissent comme des sources d’énergie dans la structure cellulaire et contribuent au contrôle du métabolisme, maintenant ainsi les fonctions du corps et l’homéostasie.

Selon certains auteurs, l’état nutritionnel est un phénotype résultant de l’interaction entre l’information génétique de chaque personne, son environnement physique, biologique, émotionnel et social. Les facteurs environnementaux impliqués dans l’homéostasie des organismes sont nombreux. Il y a entre autres l’alimentation qui influence directement l’incidence des maladies chroniques courantes.

Les aliments ingérés contiennent des milliers de substances biologiquement actives impactant positivement sur la santé, dans la majorité des cas, mais peuvent également être délétères. Ainsi, la santé ou la maladie dépend de l’interaction entre la génétique et l’environnement, ce qui donne naissance au phénotype. En ce sens, de nombreuses études épidémiologiques confirment l’existence de certaines associations entre l’alimentation ingérée, l’incidence et la gravité des maladies chroniques. Aussi, même si elles ne sont pas faciles à distinguer, quelles sont les molécules bioactives des aliments qui exercent ces actions bénéfiques ? Prenons un exemple simple : l’huile d’olive. Elle renferme une variété et une forte concentration en acides gras. Elle contient entre autres des triglycérides, stérols, esters stérols et tocophérols. Elles assurent donc diverses fonctions étant donné que ces composants possèdent différentes destinations cellulaires.

Les composants alimentaires peuvent modifier l’expression génomique directement ou indirectement. Donc, d’un point de vue cellulaire, les nutriments peuvent aussi assurer différentes actions :

  • Agir comme ligands pour l’activation des facteurs de transcription qui favorisent la synthèse des récepteurs ;

  • Métaboliser via des voies métaboliques primaires ou secondaires. Cela permettra alors de modifier la concentration des substrats ou des intermédiaires ;

  • Influencer positivement ou négativement les voies de signalisation.

Les acides gras, par exemple, sont métabolisés par la voie d’oxydation β pour produire de l’énergie cellulaire. L’altération du bilan énergétique intracellulaire peut modifier indirectement l’expression des gènes en transformant l’homéostasie du nicotinamide cellulaire et du dinucléotide adénine (NAD). La réoxydation du NAD est associée à l’activité de la chaîne de transport électronique des mitochondries. Elle est un cofacteur des protéines impliquées dans le remodelage chromosomique. Par ailleurs, le processus de ce remodelage a des conséquences à court et à long terme sur la régulation génétique par des réactions telles que l’acétylation des histones ou la méthylation de l’acide désoxyribonucléique (ADN) qui modifie son accès, et donc sa régulation, aux eucaryotes.

La conversion métabolique des différentes composantes de l’alimentation agit également comme mécanisme de contrôle de l’expression des gènes. Le taux d’hormones stéroïdiennes, provenant du cholestérol, est régulé par environ 10 étapes intermédiaires dans la voie des stéroïdes biosynthétiques. Les voies cataboliques influent aussi sur les concentrations intracellulaires de produits intermédiaires et de produits finis. Ainsi, la concentration de tout ligand dépendra de combinaisons spécifiques d’allèles dans les gènes codant les protéines dans les voies enzymatiques. Le nombre d’individus hétérozygotes peut varier d’une sous-population à l’autre, ce qui est un principe fondamental en génomique nutritionnelle.

Par conséquent, certaines composantes de l’alimentation jouent sans aucun doute un rôle clé dans la régulation de l’expression génétique. Le génome humain est sensible à l’environnement nutritionnel, de sorte que certains gènes peuvent être modifiés en réponse à des composants alimentaires, d’origine végétale ou animale.

Génomique nutritionnelle

Les données mondiales indiquent que l’incidence et la prévalence des maladies chroniques varient en fonction des individus, des familles et des pays. Dans le nord-ouest de l’Europe, la fréquence de la phénylcétonurie est d’environ 1/10 000 naissances vivantes. Toutefois, elle est beaucoup plus faible chez les Africains et les Indiens d’Amérique. La maladie cœliaque touche 1/3 000 naissances vivantes aux États-Unis, tandis qu’en Irlande, elle est présente à une fréquence de 1/200. Ces différences sont dues aux interactions et aux variations des facteurs environnementaux et des prédispositions génétiques.

Aujourd’hui, avec le projet du génome humain, la génétique et la nutrition sont intégrées dans les soins de santé. Ce développement, émanant de la génomique nutritionnelle, est très prometteur en tant que soin thérapeutique, voire en tant que soin préventif, de certaines maladies.

Sachez que le génome humain contient environ 35 500 gènes, dont plusieurs allèles et des millions de paires de bases différentes entre individus. Certaines de ces différences peuvent affecter la réponse individuelle à l’environnement nutritionnel. Les différences phénotypiques humaines en matière de santé et/ou de maladie sont principalement dues à cette diversité génétique et à l’individualité de tous les membres de l’espèce. Il faut dire qu’elles sont plus engendrées par les différentes expériences environnementales de chacun. La variabilité génétique interindividuelle est un déterminant critique des différents besoins nutritionnels. L’utilisation de différentes techniques moléculaires a permis d’identifier des marqueurs de plusieurs types (polymorphismes de la longueur des fragments de restriction, marqueurs microsatellites, polymorphismes d’un seul nucléotide). Ces marqueurs sont fréquemment utilisés pour le développement de la cartographie chromosomique, et permettent de sélectionner des individus sensibles à des régimes spécifiques.

La différence entre la nutrigénétique et la nutrigénomique

Pour mieux comprendre cette étude, il y a lieu de bien différencier la nutrigénétique de la nutrigénomique.

Que faut-il savoir sur la nutrigénétique ?

La nutrigénétique est une science appliquée marquée par les paradigmes de la pharmacologie nutritionnelle en relation avec les polymorphismes et l’expérience clinique. Il faut savoir que la pharmacogénétique cherche à améliorer la conception des médicaments, en fonction de l’influence des variations génétiques dans le métabolisme des xénobiotiques et dans les cibles de médicaments chez le patient. Tout comme cette pharmacogénétique, la nutrigénétique offre la possibilité d’adapter la nutrition suivant la constitution génétique des consommateurs. En plus, elle tient compte des connaissances des variantes génétiques qui affectent le métabolisme des nutriments et leurs cibles.

En somme, elle fait référence à l’analyse des variations génétiques entre les individus et à celle de leur réponse clinique à des nutriments spécifiques. Des personnes présentant un taux de cholestérol sérique différent et une tension artérielle différente en raison de variations génétiques, malgré un régime alimentaire standard, en seraient un exemple. Ces variations individuelles se présentent sous forme de polymorphismes, qui sont définis comme la différence de séquence d’ADN chez les individus. Ils peuvent déterminer l’état de santé d’une personne, et se produisent sur plus de 1 % de la population. Le type le plus courant de ces polymorphismes est connu sous le nom de polymorphisme nucléotidique simple. Celui-ci s’est également révélé être un outil utile pour étudier le rôle de la nutrition dans la santé ou la maladie. Son intégration dans les études épidémiologiques, métaboliques et cliniques aide à définir une alimentation optimale pour une population, pour des groupes ou des individus.

La nutrigénétique permet donc d’indiquer si vous devriez augmenter la consommation de certains aliments ou recourir à des suppléments ou à des compléments alimentaires pour combler les carences.

Elle peut donc être représentée par le schéma suivant :

Variations génétiques —-> État nutritionnel (niveaux de vitamines et de minéraux).

Qu’en est-il de la nutrigénomique ?

La nutrigénomique est une branche de la génomique qui vise à fournir des connaissances moléculaires (génétiques) dans les composantes de l’alimentation. D’ailleurs, il ne s’agit pas de n’importe quel composant. Ce sont ceux qui contribuent à la santé en modifiant l’expression et/ou les structures, selon la constitution génétique individuelle. La nutrigénomique étudie, par exemple, le rôle des acides gras polyinsaturés dans l’expression génétique de leur oxydation et l’utilisation de l’énergie.

D’après un concept de base : la progression d’un phénotype sain à un phénotype de dysfonction chronique peut s’expliquer par des changements dans l’expression des gènes ou par des différences dans les activités des protéines et des enzymes. En plus, les composants de l’alimentation régulent directement ou indirectement l’expression des informations génétiques. En ce sens, il existe plusieurs façons de modifier l’action des gènes par les composants bioactifs de l’alimentation. Un mécanisme primaire de modulation de l’expression des gènes est le facteur de transcription. L’interleukine 1 est la première à être activée et stimule la production de nombreuses autres molécules dans la cascade inflammatoire.

Chez certaines personnes, il existe des variations dans les allèles des gènes de l’interleukine 1, qui favorisent l’aggravation de certaines maladies comme la maladie d’Alzheimer ou celles cardiovasculaires.

En outre, il y a des composants bioactifs de l’alimentation tels que α-tocophérol et certains constituants du thé vert qui diminuent les valeurs des médiateurs inflammatoires. Actuellement, la recherche se concentre sur l’identification de composantes plus bioactives du régime alimentaire. A mesure que l’information disponible augmente, elle peut être utilisée pour développer des aliments fonctionnels qui préviennent ou interviennent spécifiquement dans différentes maladies. De ce fait, toute forme de malnutrition, comme la carence ou l’excès de nutriments dans votre alimentation, peut affecter l’expression des gènes.

On obtient donc le schéma ci-après :

Nutriments (vitamines et minéraux) —-> Expression/activité génique

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Les objectifs de la nutrigénétique et la nutrigénomique

L’objet principal de la nutrigénétique et la nutrigénomique est de faire correspondre la composition génétique de chaque individu à son régime alimentaire. Elles ont également pour but d’apporter des recommandations nutritionnelles afin d’atteindre des niveaux appropriés de certains nutriments et d’éviter le risque de maladie.

L’influence de la génétique sur les besoins nutritionnels et les nutriments

La différence génétique moyenne entre deux individus est de 0.1 % environ. Ce faible pourcentage est la cause des variations de certains traits physiques, tels que les yeux, les cheveux et la taille. Il est également responsable des différences dans la sensibilité face à certaines maladies. Il est aussi impliqué dans la capacité que chacun a, d’absorber des vitamines et des phytomicronutriments (caroténoïdes, polyphénols, etc.) impliqués dans la prévention des maladies chroniques. 

Sur la base de l’étude de la variabilité génétique interindividuelle, des chercheurs de l’INRA et de l’Université d’Aix-Marseille ont publié une synthèse des connaissances actuelles en nutrigénétique dans l’ Annual Review of Nutrition du 21 août 2018. L’objectif de cette science émergente est de personnaliser les recommandations nutritionnelles afin d’optimiser les nutriments et les micronutriments.

Mais pourquoi les besoins en vitamines et la capacité à les absorber diffèrent-ils d’un individu à l’autre ? Des études antérieures ont montré que la capacité d’absorption de certaines vitamines varie considérablement d’un individu à l’autre. Une meilleure compréhension des besoins nutritionnels individuels permettra alors aux scientifiques de formuler des recommandations nutritionnelles plus personnalisées. Même si nous ne connaissons pas encore tous les facteurs responsables de la variabilité interindividuelle, la génétique semble déjà être l’un des plus décisifs.

De ce fait, des chercheurs de l’INRA et de l’Université d’Aix-Marseille ont rassemblé les connaissances actuelles sur la variabilité génétique interindividuelle concernant l’absorption des micronutriments, notamment des vitamines liposolubles (A, D et E), des caroténoïdes (pigments végétaux tels que le bêta-carotène, le lycopène) et des phytostérols (stérols dérivés de plantes). Comme notre corps ne peut pas les produire et qu’ils sont essentiels à son bon fonctionnement, nous devons donc obtenir ces micronutriments par l’intermédiaire de notre alimentation. En outre, un apport adéquat en vitamines et en substances phytochimiques telles que les caroténoïdes ou les polyphénols est essentiel pour prévenir des affections comme le cancer et les maladies cardiovasculaires, neurodégénératives et oculaires.

Comment les SNP influencent-ils les nutriments ?

Des informations récentes montrent que la variabilité interindividuelle de la biodisponibilité de certains micronutriments est modulée par les polymorphismes mononucléotidiques (SNP). Les SNP identifiés sont situés dans des gènes impliqués dans l’absorption intestinale et le transport de ces composés. L’effet de chaque SNP est généralement faible, mais une combinaison de SNP peut expliquer une partie importante de la variabilité interindividuelle. Les chercheurs ont découvert que la variabilité interindividuelle de la biodisponibilité de la vitamine E est modulée, dans une certaine mesure, par une combinaison de 28 SNP dans 11 gènes.

Les recherches suggèrent que d’autres types de variations génétiques pourraient aussi être impliqués dans la biodisponibilité de ces micronutriments. Il y a par exemple le nombre de copies de certains gènes associés à l’absorption et au métabolisme des micronutriments. Des facteurs autres que génétiques semblent également être engagés. Un exemple en est le microbiote, il a été prouvé qu’il participait à la régulation et à l’absorption de certains micronutriments.

Variabilité interindividuelle et capacité d’absorption de la vitamine D3

La vitamine D3 (cholécalciférol) est essentielle au métabolisme osseux. Cependant, d’après des données récentes, son rôle biologique va bien au-delà de cette affirmation. En effet, la carence en vitamine D3 augmente le risque de développer certaines maladies. Paradoxalement, les recherches sur l’absorption de la vitamine D sont encore rares.

La nutrigénétique de la vitamine A

Un grand nombre de protéines interviennent dans la conception et l’utilisation de la vitamine A. Les protéines qui se décomposent et absorbent la vitamine A dans l’intestin influencent la quantité de vitamine A disponible.

Dans les plantes, le bêta-carotène est la principale source de vitamine A. Concernant son action, il est transformé dans l’organisme en forme active de vitamine A, qui, par la suite, est affectée par l’activité du gène BCO1. Les SNP dans BCO1, quant à eux, peuvent avoir un impact sur l’utilisation de la vitamine A à partir de sources végétales.

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La vitamine B

Le groupe des vitamines B compte 8 vitamines hydrosolubles. Elles jouent un rôle dans le système énergétique de l’organisme. Elles sont très importantes pour garantir le bon fonctionnement du cerveau. Elles assurent également :

  • La santé cognitive ;
  • Une bonne mémoire ;
  • La régulation de l’humeur ;
  • La production de neurotransmetteurs et d’énergie ;
  • Le bon fonctionnement et la réparation des protéines.

La nutrigénétique de la vitamine B9 ou folate

Pour pouvoir profiter de ses avantages sur l’organisme, le folate doit être activé en l-méthylfolate par certaines protéines. Les enzymes et les protéines qui entrent dans le cadre de ce processus incluent le MTHFR et le MTHAFD1.

La nutrigénétique de la vitamine B12

L’absorption de la vitamine B12 dépend des enzymes et des bonnes bactéries dans l’intestin. FUT2 est une protéine qui est élevée en présence de bactéries intestinales saines. Elle aide les bactéries dans notre intestin à favoriser l’absorption de la vitamine B12. Les SNP suivants ont été associés à une absorption accrue de vitamine B12 [18, 19, 20] :

  • rs602662 – la variante A
  • rs492602 – la variante G

La nutrigénétique de la vitamine K

Comme la vitamine K joue un rôle essentiel dans la coagulation sanguine, de nombreuses protéines peuvent influencer son bon fonctionnement. Pour que la coagulation sanguine commence, la vitamine K doit être activée par une enzyme appelée VKORC1. Les SNP suivants ont été associés à une diminution des taux de vitamine K dans l’organisme :

  • rs9934438 – variante A et T
  • rs9923231 – une variante

Quelques précautions à prendre avec les compléments en vitamines

Bien que des recherches approfondies aient été menées sur les avantages et les risques potentiels des vitamines, il existe également des rapports évoquant les effets indésirables des suppléments vitaminiques. En effet, les conséquences à long terme de l’utilisation de suppléments multivitaminiques restent inconnus. Par conséquent, il est conseillé, autant que possible, d’obtenir vos vitamines via une alimentation équilibrée plutôt que de recourir à des compléments.

Quelles sont les sources naturelles en vitamines ?

La meilleure façon d’augmenter votre taux de vitamines est d’adopter une alimentation riche en vitamine. N’oubliez pas qu’il existe différents aliments ayant une forte teneur en vitamines.

Les sources alimentaires de vitamine A (rétinol) et de provitamine A (caroténoïdes)

Si vous recherchez de la vitamine A active, vous en trouverez dans :

  • Le foie et l ’huile de foie de morue ;
  • Les œufs.

La provitamine A (caroténoïdes), quant à elle, se trouve dans les sources végétales. Vous pouvez en avoir en consommant de la mangue, de la papaye, des carottes et des épinards.

Les sources alimentaires de vitamines B, B12, K1 et K2

Votre corps a besoin de vitamine B ? Dans ce cas, privilégiez les aliments comme le brocoli, le foie, l’okra, les œufs, la volaille et les viandes dans votre alimentation.

Si vous recherchez plus de vitamine B12, il est important de consommer des poissons, de la viande, de la volaille et des œufs.

Par ailleurs, s’il faut plus de vitamine K1, mangez des brocolis, des épinards ou des huiles végétales. Pour la vitamine K2, vous en trouverez facilement dans la viande et dans les œufs.

Sources

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3121546/

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5537775/

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/8875026

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4772032/


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