Investigación industrial dirigida al desarrollo de conocimiento para avalar nuevos productos alimenticios. Enfoque en su aplicabilidad en función del genotipo, necesidades nutricionales específicas y poblaciones diana

Abstract

[spa] Las estrategias dietéticas y de suplementación pueden influir notablemente en el fenotipo de las personas. La nutrición inadecuada y excesiva constituye en la actualidad uno de los principales motivos de la alta prevalencia, en países desarrollados y en vías de desarrollo, de enfermedades crónicas como la obesidad, diabetes tipo 2, hígado graso no alcohólico, etc. Asimismo, la nutrición también es esencial para el óptimo desempeño en las actividades deportivas. La nutrición personalizada es un nuevo enfoque más holístico, por ejemplo incluiría la caracterización genética de los individuos, lo que posibilitaría establecer recomendaciones nutricionales más individualizadas y cubrir sus necesidades específicas. Por ejemplo, en las poblaciones atléticas la nutrición personalizada podría ser aplicada para mejorar la composición corporal y el rendimiento deportivo, mientras que en individuos sedentarios las recomendaciones personalizadas podrían estar enfocadas en la promoción de la salud, actuando sobre las principales dianas: la mejora del perfil lipídico para la reducción del riesgo cardiovascular, la mejora del peso y composición corporal para prevenir o reducir el riesgo de obesidad, etc. La presente Tesis Doctoral es fruto de la colaboración entre la empresa spin-off Alimentómica y el laboratorio LBNB de la UIB. Su objetivo general ha sido llevar a cabo una investigación de carácter industrial para contribuir al desarrollo de conocimiento que permita avalar nuevos productos alimenticios y que pueda ser trasladado a la mejora de la salud en la población. En este contexto, hemos llevado a cabo la evaluación de dos nuevos productos para la prevención de enfermedades y mejora de la salud y hemos caracterizado una población físicamente activa de Mallorca para identificar necesidades nutricionales específicas y fundamentar el diseño de productos más personalizados. En relación a los nuevos productos, hemos caracterizado los mecanismos mediante los cuales un extracto de mango previene las alteraciones metabólicas tempranas, asociadas al síndrome metabólico, causadas por la ingesta de una dieta alta en grasas en ratones. Los resultados indican que el extracto ensayado protege de la resistencia a la insulina inducida por la dieta alta en grasa, así como de la esteatosis hepática. Estos efectos podrían estar mediados por la activación de genes lipolíticos en hígado y músculo, en un mecanismo por AMPK/SIRT1. Asimismo, hemos analizado el potencial de nuevas matrices alimentarias en formulación co-cristalina para disminuir la hipertrigliceridemia e hipercolesterolemia en hámsteres sirios. Los resultados indican que una dosis aguda de las matrices testadas muestra su efecto beneficioso para hacer frente a ingestas puntuales de dietas y/o alimentos ricos en grasa y mitigar su impacto sobre la lipidemia. Específicamente las formulaciones Co1 y Co3 serían eficaces para disminuir la trigliceridemia, mientras que las formulaciones Co1, Co2 y Co5 serían adecuadas para modular la colesterolemia.En relación al estudio poblacional, hemos reclutado y caracterizado una cohorte de jóvenes atletas de Mallorca (≈200). Los resultados indican que en promedio siguen una dieta elevada en grasas, lo que podría contribuir al porcentaje de grasa corporal relativamente elevado que presentan. Asimismo, el análisis genético reflejó que la frecuencia alélica de genes asociados con el peso corporal, la masa grasa y la percepción de ingesta de grasa es diferente a la frecuencia observada en población general española y/o europea, afectando al 19% de las variantes estudiadas. Por otra parte, destacaría la presencia de las variantes rs2016520 (PPARD) y rs17602729 (AMPD1) que se han asociado a menos fuerza muscular en manos y extensores lumbares. Así pues, el estatus nutricional, antropométrico y de aptitud física de la población estudiada muestran potencial para su optimización bajo la aplicación de un enfoque nutrigenético holístico que también considere pautas de entrenamiento adaptadas al genotipo. Además, se observó una asociación nutrigenética entre la presencia del rs174547 (FADS1) con la ingesta de ácidos grasos. Específicamente, el genotipo minoritario mostró una asociación con mayores niveles de ingesta de ácidos grasos poliinsaturados, omega-3 y omega-6. Su caracterización reflejó que presentan un perfil metabólico que se distingue de los otros genotipos, ya que se observó en la expresión de genes relacionados con la inflamación y el metabolismo de los lípidos, así como en el índice omega-3 en eritrocitos. Estos resultados sugieren que las recomendaciones nutricionales personalizadas de omega-3 deberían realizarse teniendo en cuenta sus niveles de ingesta y de actividad desaturasa, así como el genotipo del rs174547 y la expresión de FADS1. En conjunto, los resultados obtenidos en esta Tesis aportan nuevo conocimiento con potencial de ser utilizado para avalar nuevos productos alimenticios que puedan ser aplicados para la mejora de la salud de la población, así como un enfoque a su aplicabilidad más personalizada en función de la genética.

[cat] Les estratègies dietètiques i de suplementació poden influir notablement en el fenotip de les persones. La nutrició inadequada i excessiva constitueixen en l'actualitat un dels principals motius de l'alta prevalença, en països desenvolupats i en vies de desenvolupament, de malalties cròniques com l'obesitat, diabetis tipus 2, fetge gras no alcohòlic, etc. Així mateix, la nutrició també és essencial per a l'òptim acompliment en activitats esportives. La nutrició personalitzada és un nou enfocament més holístic, per exemple inclouria la caracterització genètica dels individus, la qual cosa possibilitaria establir recomanacions nutricionals més individualitzades i cobrir les seves necessitats específiques. Per exemple, en les poblacions atlètiques la nutrició personalitzada podria ser aplicada per a millorar la composició corporal i el rendiment esportiu, mentre que en individus sedentaris les recomanacions personalitzades podrien estar enfocades en la promoció de la salut, actuant sobre les principals dianes: la millora del perfil lipídic per a la reducció del risc cardiovascular, la millora del pes i composició corporal per a prevenir o reduir el risc d'obesitat, etc. La present Tesi Doctoral és fruit de la col·laboració entre l'empresa spin-off Alimentòmica i el laboratori LBNB de la UIB. El seu objectiu general ha estat dur a terme una recerca de caràcter industrial per a contribuir al desenvolupament de coneixement que permeti avalar nous productes alimentaris i que pugui ser traslladat a la millora de la salut en la població. En aquest context, hem dut a terme l'avaluació de dos nous productes per a la prevenció de malalties i millora de la salut i hem caracteritzat una població físicament activa de Mallorca per a identificar necessitats nutricionals específiques i fonamentar el disseny de productes més personalitzats. En relació amb els nous productes, hem caracteritzat els mecanismes mitjançant els quals un extracte de mango prevé les alteracions metabòliques primerenques, associades a la síndrome metabòlica, causades per la ingesta d'una dieta alta en greixos en ratolins. Els resultats indiquen que l'extracte assajat protegeix de la resistència a la insulina induïda per la dieta alta en greix, així com de l’esteatosi hepàtica. Aquests efectes podrien estar intervinguts per l'activació de gens lipolítics en fetge i múscul, en un mecanisme per AMPK/SIRT1. Així mateix, hem analitzat el potencial de noves matrius alimentàries en formulació co-cristal·lina per a disminuir la hipertrigliceridèmia i hipercolesterolèmia en hàmsters sirians. Els resultats indiquen que una dosi aguda de les matrius testades mostra el seu efecte beneficiós per a fer front a ingestes puntuals de dietes i/o aliments rics en greix i mitigar el seu impacte sobre la lipidèmia. Específicament les formulacions Co1 i Co3 serien efectives per a disminuir la trigliceridèmia, mentre que les formulacions Co1, Co2 i Co5 serien adequades per a modular la colesterolèmia.En relació amb l'estudi poblacional, hem reclutat i caracteritzat una cohort d’atletes de Mallorca (≈200). Els resultats indiquen que en mitjana segueixen una dieta elevada en greixos, la qual cosa podria contribuir al percentatge de greix corporal relativament elevat que presenten. Així mateix, l'anàlisi genètica va reflectir que la freqüència al·lèlica de gens associats amb el pes corporal, la massa grassa i la percepció d'ingesta de greix és diferent de la freqüència observada en població general espanyola i/o europea, afectant el 19% de les variants estudiades. D'altra banda, destacaria la presència de les variants rs2016520 (PPARD) i rs17602729 (AMPD1) que s'han associat a menys força muscular en mans i extensors lumbars. Així doncs, l'estatus nutricional, antropomètric i d'aptitud física de la població estudiada mostren potencial per a la seva optimització sota l'aplicació d'un enfocament nutrigenètic holístic que també consideri pautes d'entrenament adaptades al genotip. A més, es va observar una associació nutrigenètica entre la presència del rs174547 (FADS1) amb la ingesta d'àcids grassos. Específicament, el genotip minoritari va mostrar una associació amb majors nivells d'ingesta d'àcids grassos poliinsaturats, omega-3 i omega-6. La seva caracterització va reflectir que presenten un perfil metabòlic que es distingeix dels altres genotips, que es va observar en l'expressió de gens relacionats amb la inflamació i el metabolisme dels lípids, així com en l'índex omega-3 en eritròcits. Aquests resultats suggereixen que les recomanacions nutricionals personalitzades d'omega-3 haurien de realitzar-se tenint en compte els seus nivells d'ingesta i d'activitat desaturasa, així com el genotip del rs174547 i l'expressió de FADS1. En conjunt, els resultats obtinguts en aquesta Tesi aporten nou coneixement amb potencial de ser utilitzat per a avalar nous productes alimentaris d’aplicació per a la millora de la salut de la població, així com possibiliten un enfocament a la seva aplicabilitat més personalitzada en funció de la genètica.

[eng] Dietary and supplementation strategies can significantly influence the phenotype of people. Inadequate and excessive nutrition are currently one of the main reasons for the high prevalence, in both developed and developing countries, of chronic diseases such as obesity, type 2 diabetes, non-alcoholic fatty liver, etc. Likewise, nutrition is also essential for optimal performance in sports. Personalized nutrition is a new holistic approach, for example including genetic characterization of individuals, enabling more individualized nutritional recommendations, and covering specific needs. For instance, in athletic populations, personalized nutrition could be applied to improve body composition and sports performance, while in sedentary individuals personalized recommendations could be focused on health promotion and on main functional targets, such as improvement of lipid profile to reduce cardiovascular risk, of body weight and composition to prevent or reduce the risk of obesity, etc. This Doctoral Thesis is result of the collaboration between the company spin-off Alimentomica and the laboratory LBNB of the UIB. The main objective has been to carry out an industrial research that contributes to the development of knowledge, which allows endorsing novel food products and their applicability to improve people’s health. In this context, we have assessed two new products and their usefulness for disease prevention and health improvement. Moreover, we have characterized a physically active population of Mallorca to identify specific nutritional needs in order to support the design of more personalized products. In relation to the new products, we have characterized the mechanisms by which a mango extract prevents the early metabolic alterations, associated with the metabolic syndrome, caused by the intake of a high-fat diet in mice. The results indicate that the tested extract protects against insulin resistance induced by the high-fat diet, as well as liver steatosis. These effects could be mediated by the activation of lipolytic genes in liver and muscle, in a mechanism regulated by AMPK/SIRT1. Furthermore, we analyzed the potential of new food matrices in a cocrystalline formulation to counteract hypertriglyceridemia and hypercholesterolemia in Syrian hamsters. The results indicate that a single dose of the tested matrices shows beneficial effects against high-fat foods and are able to mitigate their impact on lipidemia. Specifically, formulations Co1 and Co3 would be effective in reducing triglyceridemia, while Co1, Co2 and Co5 formulations would be suitable for modulating cholesterolemia. Concerning the population study, we have recruited and characterized a cohort of athletes from Mallorca (≈ 200). The results indicate that on average they follow a high-fat diet, which could contribute to the relatively high percentage of body fat observed. Likewise, the genetic analysis showed that the allelic frequency of genes associated with body weight, fat mass and the perception of fat intake is different from the frequency observed in general Spanish and/or European populations, affecting 19% of the studied variants. Moreover, data highlighted that the presence of variants rs2016520 (PPARD) and rs17602729 (AMPD1) are associated with less muscle strength in hands and lumbar extensors. Thus, the anthropometry, nutritional status and physical fitness of the studied population showed potential for optimization under the application of a holistic nutrigenetic approach that also considers training guidelines adapted to the genotype. In addition, a nutrigenetic association was observed between the presence of rs174547 (FADS1) with the intake of fatty acids. Specifically, the minor genotype showed an association with a higher intake of polyunsaturated, omega-3 and omega-6 fatty acids. Molecular characterization reflected that these individuals showed a metabolic profile different from the other genotypes. This was observed in the expression of genes related to inflammation and lipid metabolism, as well as in the omega-3 index in erythrocytes. The results suggest that omega-3 personalized nutritional recommendations would be made taking into account levels of omega-3 intake, FADS1 expression, desaturase activity, as well as the rs174547 genotype. Together, the results obtained in this Thesis provide new knowledge with the potential to endorse novel food products aiming to improve health and focusing on a more personalized applicability based on genetics