Nutrigenomica e Nutrigenetica applicate nell'alimentazione in età scolare

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Riassunto 
Negli ultimi anni hanno trovato larga applicazione alcune discipline che si occupano 
dello studio delle interazioni reciproche che si hanno tra i nutrienti e il genoma e le 
proprietà benefiche che possono scaturire sulla salute. Nascono così la nutrigenomica 
e la nutrigenetica, che trovano il loro ambito applicativo tramite quegli alimenti 
definiti ‘funzionali’ 
La nutrigenetica permette di analizzare le varianti genetiche e la loro risposta alla 
dieta, sia in caso di eventuale malattia che in stato di salute ottimale, mentre la 
nutrigenomica permette di studiare e definire il ruolo che hanno le sostanze nutritive 
nell’espressione genica. 
I recentissimi progressi compiuti dalla genetica hanno permesso di formulare e 
mettere in opera uno schema di ricerca nutrizionale che sia ancora più aderente alle 
reali necessità dell’organismo, utilizzando più settori di studio quali la 
nutrigenomica, la nutrigenetica, l’epigenetica, la trascrittomica, la proteomica e la 
metabolomica fornendo cosi i mezzi adatti ad identificare endpoint molecolari non 
riconosciuti e non pensabili. La ricerca genetica e quella relativa alla  nutrizione 
personalizzata dovranno  portare allo sviluppo di una buona politica di sanità 
pubblica nonché di fornire  una migliore assistenza sanitaria a livello individuale. 
Alla luce di queste nuove conoscenze sarà possibile in futuro utilizzare delle 
raccomandazioni generali per l’assunzione di nutrienti, stilate da varie organizzazioni 
nazionali e internazionali, in modo da soddisfare le esigenze di gruppi con  specifici 
patterns genetici,  questo attualmente non è possibile perché gli studi riportati dalla 
letteratura hanno preso in considerazione solo un piccolo numero di soggetti.  
Questa tesi vuole evidenziare il ruolo che potrebbe avere la genomica nutrizionale 
applicata all’alimentazione in età scolare con l’obiettivo di creare un piano di 
nutrizione personalizzato per i bambini portatori di un determinato polimorfismo che 
li predispone al rischio di sovrappeso o obesità. L’intento del lavoro è quello di 
focalizzare l’attenzione sul fatto che applicando la nutrizione personalizzata secondo 
il profilo genetico del soggetto, anche nelle scuole, non solo si eviterà di creare una 
generazione di futuri obesi ma si educheranno tutti i bambini ad un'alimentazione 
corretta e migliore.
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Introduzione 
 
Ippocrate più di 2400 anni fa affermava “Che il cibo sia la tua medicina, che la 
medicina sia il tuo cibo” sottolineando così l’elevata importanza dell’alimentazione, 
Feuerbach nel 1850, sosteneva, inoltre, che “l’uomo è ciò che mangia e per pensare 
meglio dobbiamo alimentarci meglio”. Attualmente due nuove scienze quali la 
nutrigenomica e la nutrigenetica stando aprendo interessanti campi di ricerca per un 
ottimale utilizzo dei vari principi alimentari, in modo da preservare le generazioni 
future dalle cosiddette “malattie del benessere” tanto diffuse nella nostra epoca ed 
ottenere quella buona salute da sempre ricercata.  
Per perseguire questo scopo è necessario iniziare da una prevenzione in età scolare 
perché così le nuove generazioni potranno crescere in una prospettiva di salute 
migliore.   
Secondo la definizione classica dell’Organizzazione Mondiale della Sanità , la Salute 
è uno stato di completo benessere fisico, mentale e sociale e non semplicemente 
l'assenza di malattia o infermità. Ci sono buone ragioni per dubitare che la salute in 
questo senso possa essere facilmente raggiunta. Nordenfelt, infatti, suggerisce una 
definizione di salute più cauta, descrivendola appunto come la capacità di una 
persona, in circostanze normali, di realizzare i suoi obiettivi vitali, intesi come gli 
obiettivi necessari e sufficienti per avere uno status ottimale di felicità e benessere, 
cioè il  perseguimento da parte di ogni individuo di una vita sana che si rispecchia in 
un’alimentazione altrettanto sana. Difatti nutrizione, alimentazione e nutrizione 
personalizzata vanno oltre il senso stretto del bisogno di “sfamarsi” e inseriscono il 
concetto di cibo come fattore importante e principale per una buona qualità di vita. 
 Il cibo è un piacere così come l'identità culturale e personale, un pasto, molto spesso, 
è un evento sociale, una manifestazione importante del rapporto con altri ciò 
significa che il cibo è un aspetto fondamentale della felicità umana e del benessere, 
non solo uno strumento per la salute. Di conseguenza la nutrizione personalizzata 
applicata già in età scolare può far crescere le future generazioni con un concetto di 
cibo diverso che possa essere utilizzato per perseguire non solo un aumento 
dell’aspettativa di vita ma migliorarne la qualità, ottenendo uno stato di salute 
ottimale.
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Capitolo 1 
Nutrigenomica e Nutrigenetica 
La correlazione tra nutrizione e salute è molto stretta e dipende dalla capacità di 
adattamento dei geni e del loro funzionamento in base alla dieta effettuata. 
Maggiore è l’efficienza del sistema, minore è il danno subito dai vari metabolismi. 
Diversi studi epidemiologici hanno segnalato che nelle prime fasi di vita nell’uomo 
si verifica l’imprinting metabolico, ciò avviene sia durante la vita fetale che nei primi 
mesi di vita, in caso di sotto o sovralimentazione della madre in gravidanza e/o del 
figlio, nei primi mesi, si provocano una serie di adattamenti genetici che portano a 
problemi metabolici cronici in età adulta. Il nuovo settore della ricerca legato 
all’utilizzo della metodica dei geni ricombinati sta aprendo nuovi orizzonti alle 
scienze nutrizionali cambiando il valore nutritivo o le caratteristiche organolettiche 
del cibo, o addirittura modificando i geni nelle persone a rischio di malattie croniche. 
Molti studi evidenziano la necessità di fornire dettagli sul tipo di dieta e l’utilizzo di 
particolari nutrienti che possono essere utili per il singolo individuo, cioè la necessità 
di poter somministrare una dieta personalizzata. (Chavez A, et all 2003) 
Gli attuali studi genetici sui fabbisogni nutrizionali, d’altra parte, stanno per essere 
rivoluzionati dalla biologia molecolare utilizzata dalla Nutrigenetica e dalla 
Nutrigenomica. 
La Nutrigenetica permette di analizzare le varianti genetiche e la loro risposta alla 
dieta, sia in caso di eventuale malattia che in stato di salute ottimale, mentre la 
Nutrigenomica permette di studiare e definire il ruolo che hanno le sostanze nutritive 
sull’espressione genica. 
Unendo queste due scienze, che sono l’una complementare dell’altra, si apre la strada 
allo sviluppo di una nutrizione personalizzata, di una dieta sana e alla realizzazione 
di nuovi prodotti alimentari che devono rispettare le nuove esigenze dei 
consumatori.( Simpoulos A.P. 2010)   
È importante notare la differenza tra i termini di nutrigenomica e nutrigenetica 
perché anche se questi termini sono strettamente correlati non sono intercambiabili. 
La nutrigenetica indaga in particolare gli effetti delle mutazione nei geni associati 
alla nutrizione, responsabili dell’assorbimento dei micronutrienti e del metabolismo 
come anche gli effetti dietetici sulla salute. Il campo della nutrigenomica utilizza
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molteplici discipline e valuta gli effetti della dieta sulla stabilità del genoma (danni al 
DNA a livello molecolare e cromosomico), le eventuali alterazioni all’epigenoma 
(metilazione del DNA), le modificazioni  nell’espressione di RNA e mRNA 
(trascrittomica), l’espressione proteica (proteomica) e lo studio dei metaboliti 
(metabolomica) ognuna delle quali può essere studiata indipendentemente o in modo 
integrato per diagnosticare lo stato di salute o di malattia (figura 1).  
Tuttavia, di queste discipline, solo lo studio delle mutazioni del DNA può far 
individuare biomarkers chiari di patologia. I progressi nelle tecnologie di diagnostica 
permettono di valutare le mutazioni del DNA, in relazione a valori dietetici di 
riferimento per prevenire l’azione degli alimenti sul DNA. Cominciando, così a 
tradurre in pratica il concetto di prevenzione del danno, poiché è ormai noto che le 
mutazioni geniche sono la causa più importante dello sviluppo di malattie 
degenerative e poiché esse possono essere diagnosticate con precisione, il loro 
impatto può essere ridotto con una dieta appropriata e un buon stile di vita in 
relazione al sottogruppo genetico dell’individuo.     
Ci sono tre fattori principali che fanno della nutrigenomica e nutrigenetica delle 
scienze, sebbene giovani, molto importanti. In  primo luogo vi è nella popolazione 
una grande diversità nel genoma ereditato, sia tra gruppi etnici sia tra singoli 
individui, tale che influenza la biodisponibilità dei nutrienti e il loro metabolismo. In 
secondo luogo, ogni individuo ha una disponibilità di cibo/nutrienti in relazione allo 
stato culturale, alla situazione economica, alla posizione geografica e al gusto ed 
infine la malnutrizione (per eccesso o per difetto) può influenzare l’espressione 
genica e la stabilità del genoma portando a mutazioni della sequenza del DNA che 
possono determinare un’anomala espressione genica manifestando fenotipi diversi 
durante le varie fasi di vita. (Michael Fenech et all 2011) Gli studi epidemiologici 
sono stati molto importanti per identificare le associazioni tra fattori di rischio e 
insorgenza della malattia nei vari gruppi di popolazioni.  
Grazie a questi studi si sono potuti sviluppare dei consigli dietetici specifici,  ma la 
maggior parte delle attuali linee guida alimentari prevedono come valore di 
riferimento dei nutrienti, quello che garantisce un adeguato apporto per ottenere una 
salute ottimale, non di un singolo individuo ma in generale della popolazione, da qui 
la necessità di una nutrizione personalizzata che miri a ridurre il rischio individuale 
di insorgenza di malattie, fornendo suggerimenti personalizzati.(Allison A. 2010)
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Possiamo considerare la nutrigenomica come una scienza multidisciplinare che viene 
dopo la caratterizzazione del genoma umano e che pone una maggiore attenzione ai 
dati riguardanti il genoma rispetto a quelli biochimici ed epidemiologici, con 
l’obiettivo di comprendere gli aspetti eziologici di malattie croniche come il cancro, 
il diabete mellito di tipo 2, l’obesità, le malattie cardiovascolari, la sindrome 
metabolica, ecc.   
La nutrigenomica apre la strada alla nutrigenetica, che studia le basi genetiche della 
diversa risposta individuale allo stesso stimolo nutrizionale.( Miggiano GA, De 
Sanctis R 2006)   
I recentissimi progressi compiuti dalla genetica hanno permesso di stilare protocolli 
di ricerca nutrizionale che prendano in considerazione le reali necessità 
dell’organismo, utilizzando più settori di studio quali la nutrigenomica, la 
nutrigenetica, l’epigenetica, la trascrittomica, la proteomica e la metabolomica 
(figura 1), fornendo cosi i mezzi adatti ad identificare endpoint molecolari non 
riconosciuti e non pensabili. (Michael Fenech et all 2011) 
 
 
    RNA 
DNA 
PROTEINE 
METABOLITI 
Sviluppo di              
  malattie 
Salute 
  Nutigenomica  e                
  Nutrigenetica 
 Trascrittomica 
Proteomica 
Metabolomica 
                              Genomica nutrizionale 
 
Figura 1:  La Genomica nutrizionale. Mia elaborazione. 
      Epigenetica
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1.1 Approcci sperimentali 
La capacità della dieta di influenzare l’espressione genica può manifestarsi agendo su 
più siti di regolazione. I progressi nelle scienze –omiche, hanno permesso una 
comprensione più rapida e completa di come i composti bioattivi influenzano la 
salute umana, soprattutto quando sono considerati insieme ai dati anamnestici relativi 
a fattori quali, quelli nutrizionali, clinici, fisiologici, demografici, ambientali e lo 
stile di vita. Gli effetti biologici delle sostanze nutritive e dei composti bioattivi degli 
alimenti dipendono da una serie di processi fisiologici tra cui l'assorbimento, il 
trasporto, la biotrasformazione, l’utilizzazione, la conservazione e l’escrezione, e dai 
meccanismi di azione cellulare come il legame con i recettori nucleari che 
disciplinano i fattori di trascrizione. Ognuno di questi processi può coinvolgere 
diversi geni, ciascuno dei quali può avere una serie di polimorfismi comuni la cui 
espressione potrebbe alterare la specifica funzione e la risposta fisiologica ad un 
composto presente nella dieta. La ricerca delle interazioni nutrienti-genoma ha 
portato anche alla scoperta di come i geni influenzano le preferenze alimentari 
agendo sui percorsi sensoriali o sul metabolismo energetico. (Michael Fenech et all 
2011) 
1.2 SNPs 
Un polimorfismo a singolo nucleotide (spesso definito in inglese Single Nucleotide 
Polymorphism o SNP) è una variazione, del materiale genico a carico di un unico 
nucleotide, tale per cui l'allele polimorfico risulta presente nella popolazione in una 
proporzione superiore all'1%. Al di sotto di tale soglia si è soliti parlare di mutazione. 
Secondo il registro che li raccoglie, sono circa 10.000.000 ma il numero di varianti 
sembra essere molto più alto di quanto previsto rappresentando la fonte maggiore di 
variazione genetica che modifica la risposta di un individuo alla dieta. Nell’uomo 
esistono in media 150.000/300.000 di queste variazioni minori e sono alla base di 
una gran parte delle differenze tra gli individui. Lo studio dei polimorfismi ha 
permesso di conoscere la storia dell’uomo, ma anche di valutare la suscettibilità a 
importanti malattie come il diabete e le malattie cardiovascolari (Benzi L, Bertacca 
A. 2010). 
Essi sono le forme più comuni di mutazione della sequenza genica e possono 
verificarsi nel 40-50% della popolazione.
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Si possono usare diversi approcci sperimentali per identificare questi polimorfismi. Il  
metodo più comune è l’approccio del gene candidato, grazie a questa metodica si 
possono studiare i polimorfismi di un gene che è selezionato in base alla sua 
funzione riconosciuta o putativa (gene putativo: é un gene che é stato solo predetto in 
base ad un’analisi bioinformatica o la cui esistenza é stata dedotta per via indiretta, 
ma non ancora dimostrata sperimentalmente). A seconda del numero di SNPs del 
gene e se alcuni hanno mostrato effetti funzionali, l’analisi può essere eseguita 
mediante SNP singoli o combinazioni di SNPs. Studi recenti utilizzano metodiche 
che possono applicare delle scansioni del genoma per identificare le varianti 
genetiche non ancora conosciute che potrebbero modificare la risposta alla dieta. 
Comprendere le basi genetiche della variabilità individuale nella risposta ai nutrienti 
fornirà una misura più accurata dell’azione sui tessuti bersaglio e consentirà una 
maggiore comprensione degli effetti sulla salute umana e sul rischio di malattia. 
(Michael Fenech et all 2011) 
1.3 Prime applicazioni  della nutrigenomica 
Un esempio di come la nutrigenomica è stata utilizzata per chiarire il ruolo di 
specifici fattori dietetici viene dallo studio sull’interazione tra caffé e cardiopatia.  
Diversi studi hanno esaminato quest’associazione e hanno concluso che il caffé può 
aumentare il rischio di cardiopatia o non dare alcun effetto. Nonostante il caffé sia 
una bevanda piuttosto complessa contenente un gran numero di composti bioattivi, è 
una delle principali fonti di caffeina e ci sono notevoli evidenze che quest’ultima 
potrebbe essere particolarmente dannosa per il sistema cardiovascolare. 
La nutrigenomica ha evidenziato che la caffeina è responsabile dell’aumento del 
rischio di infarto del miocardio tra gli individui che hanno una mutazione di un gene 
che li rende “lenti metabolizzatori” della caffeina ma non ha alcun effetto tra gli 
individui che sono “veloci metabolizzatori”.  
La celiachia è un altro esempio che dimostra la relazione tra difetto genetico e 
nutrizione personalizzata. Questa malattia debilitante è data da un’incapacità di 
metabolizzare il glutine presente nei cibi della dieta. Essa si manifesta con gravi 
sintomi infiammatori, che portano ad un cambiamento dei villi del colon, 
modificazioni che possono essere controllate in modo significativo da un rigido 
regime dietetico.