Innovation with an impact - Biotechnology Area - Food For Life-Spain
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Biotechnology Area
Nutrition and
health
Omic sciences
Dr. Antoni Caimari Palou Innovation
with an impact
Director del Área de Biotecnología
antoni.caimari@eurecat.org
1
RED DE TECNOLOGÍAS ÓMICAS
APLICADAS A LA INNOVACIÓN Y DESARROLLO INDUSTRIAL
DE INGREDIENTES, ALIMENTOS FUNCIONALES Y NUTRACÉUTICOS
Consorcio de la Red de Excelencia Cervera: Financiada por:
ÍNDICE
1 Ciencias ómicas y alimentación funcional
2 La Red Tecnomifood
3 Servicios de la Red Tecnomifood
4 Consorcio
5 Ejemplo de aplicación de ómicas
3
Potential
Omic sciences
Elucidation of mechanisms of action of
Bioactive ingredient
Bioavailability studies of bioactive
ingredients and functional foods through
the analysis of biomarker consumption
Food Fraud
Food Safety
Biotechnology
Agriculture
Health
Omics Applications in Biotechnology
Food
Pharma
Veterinary BIOMARKERS
ACTION
MECHANISM IDENTIFICATION
CARACTHERIZATION OF NATURAL
BIOACTIVE COMPOUNDS
PRECISION
MICROBIOTA
NUTRITION
Biotechnology
Ciencias ómicas y alimentación funcional
Las tecnologías ómicas, clave para mejorar la salud de las personas
• La salud es uno de los principales motores de “El uso de las ciencias ómicas
decisión del consumidor y un atributo incuestionable
para dotar de valor añadido a un alimento.
en alimentación es esencial
para afrontar la tendencia hacia
• Las tecnologías ómicas profundizan en el
la personalización de las
conocimiento de cómo los alimentos repercuten
en la prevención o la evolución de las recomendaciones nutricionales
enfermedades, permitiendo así mejorar la nutrición como estrategia para la
humana y sus consecuencias para la salud. promoción de la salud”.
• Actualmente, a pesar de su enorme potencial, la
incorporación de las ciencias ómicas a la I+D
empresarial del sector de la alimentación
saludable es todavía residual.
6
La Red Tecnomifood
Innovación y desarrollo industrial de ingredientes,
alimentos funcionales y nutracéuticos
La Red de Excelencia Cervera Tecnomifood
tiene como objetivo facilitar el acceso
empresarial a las tecnologías ómicas y la
optimización de su uso, en todas las etapas de la
cadena de valor para el diseño y la evaluación de
ingredientes, alimentos funcionales y
nutracéuticos.
7
Servicios de la Red Tecnomifood
4 ejes que se despliegan en diferentes actividades
1 Capacitación tecnológica: 3 Internacionalización:
Validación clínica y preclínica, cribado de Movilización de empresas en proyectos
ingredientes, análisis de datos, prueba de internacionales, participación en Programas Marco de
conceptos y protocolos obtenidos en actividades la UE o EEI, colaboraciones internacionales y redes y
anteriores. participación en sociedades y foros internacionales
2 Recursos: 4 Transferencia tecnológica, explotación y
Formación pre-doctoral, postdoctoral y de
difusión de resultados:
personal técnico y atracción de talento nacional e Transferencia de tecnología y dinamización de la
internacional. inversión empresarial, formas de protección de la
propiedad industrial e intelectual, acciones de
promoción al emprendimiento empresarial en la
Actividades enfocadas a optimizar los procesos de tecnología Cervera, difusión de las actividades de la
selección y validación de nuevos ingredientes con Red.
potencial saludable
8
Servicios de la Red Tecnomifood
9
Servicios de la Red Tecnomifood
10Servicios de la Red Tecnomifood
11Servicios de la Red Tecnomifood
4 ejes que se despliegan en diferentes actividades
1 Capacitación tecnológica: 3 Internacionalización:
Validación clínica y preclínica, cribado de Movilización de empresas en proyectos
ingredientes, análisis de datos, prueba de internacionales, participación en Programas Marco de
conceptos y protocolos obtenidos en actividades la UE o EEI, colaboraciones internacionales y redes y
anteriores. participación en sociedades y foros internacionales
2 Recursos: 4 Transferencia tecnológica, explotación y
Formación pre-doctoral, postdoctoral y de
difusión de resultados:
personal técnico y atracción de talento nacional e Transferencia de tecnología y dinamización de la
internacional. inversión empresarial, formas de protección de la
propiedad industrial e intelectual, acciones de
promoción al emprendimiento empresarial en la
Actividades enfocadas a optimizar los procesos de tecnología Cervera, difusión de las actividades de la
selección y validación de nuevos ingredientes con Red.
potencial saludable
12Consorcio
La Red Tecnomifood está formada por 5 Centros Tecnológicos que cuentan con una
marcada trayectoria científico-tecnológica que les ha situado como referentes a nivel
nacional y europeo
1314
Multi-ingrediente frente a NAFLD
Hígado graso no alcohólico (NAFLD): desorden metabólico multifactorial de amplio espectro
caracterizado por una acumulación de lípidos en el hígado y asociado a otros desórdenes
metabólicos (ej: resistencia a la insulina, dislipidemia) y a la obesidad. Diagnóstico:> 5% de
hepatocitos esteatóticos en un corte histológico (biopsia).
Elevada prevalencia: se estima que afecta entre 20-30% de la población mundial 1 de cada 3
adultos; 1 de cada 10 niños y adolescentes.
No existe un tratamiento 100% eficaz frente al NAFLD. El tratamiento más efectivo es la
pérdida de peso acompañado por el cambio de hábitos alimentarios y la práctica de ejercicio físico.
Problema asociado a adherencia a dieta y al mantenimiento de pérdida de peso.
Evidencias científicas recientes indican que la suplementación con determinados ingredientes
bioactivos combinados (PUFAs, Vite, polifenoles, simbióticos) y determinados patrones dietéticos
(Dieta Mediterránea) pueden ser efectivos en la prevención y mejora de la NAFLD.15
Multi-ingrediente frente a NAFLD
betaine
Hipótesis: La utilización de un multi-ingrediente que
contenga estos cofactores metabólicos producirá efectos
beneficiosos frente al NAFLD
Oxidación de ácidos grasos
L-carnitina
precursor del NAD+ (Nicotinamide riboside –NR-)
Estrés oxidativo
Precursores de GSH
N-acetil-cisteína (NAC)
Betaína (dador de grupo metilo)
Mardinoglu A et al. Mol Syst Biol. 2017 Mar; 13(3): 916. Selección de dos dosis seguras y extrapolables a humanos16
Multi-ingrediente frente a NAFLD
C (n=9) C + VEH
n=9
HFD + VEH
n = 10
HFD HFD + MI_D1
Hamsters n = 10
(n=39)
HFD + MI_D2 n = 10
Weeks
0 8 12
NMR NMR NMR
Sacrifice
Blood collection
(TG, CHOL)
- Urine (metabolomics)
- Blood (metabolomics and classical biomarkers)
- Feces
- Liver (metabolomics and transcriptomics)
- Liver histology
*NMR: Body composition analyses. Lean and fat mass measurements using an EchoMRI-700™ device17
Multi-ingrediente frente a NAFLD
Control HFD HFD+MI_D1 HFD+MI_D2
Metabolómica
p = 0.03 p = 0.005
p = 0.0518
Multi-ingrediente frente a NAFLD
Análisis transcriptómico
80 genes (56 sobre-expresados y 24 inhibidos) y 641
genes (268 inhibidos and 373 sobre-expresados) en
respuesta al tratamiento con el MI_D1 y MI_D2,
respectivamente
Las rutas metabólicas más sobre-expresadas en respuesta
al MI_D2 son la biosíntesis y el metabolismo de los
aminoácidos, incluyendo la glicina, la serina, la treonina, el
triptófano, la alanina, el aspartata, el glutamato, la arginina
y los BCAAs19
Multi-ingrediente frente a NAFLD Reporter metabolites
Subsystems in
iHamsterHepatocyte1818 Up
-log(p-value)
Construcción del modelo metabólico
Subsystems in
Reporter metabolites iHamsterHepatocyte1818 Up
MMR iHamsterHepatocyte1818
Hamster orthologs
of mouse genes
8,140 reactions 3,867 reactions
3,579 genes 1,818 genes
5,992 metabolites INIT 3,205 metabolites
Transcriptomics
HFD Reporter
metabolite
HFD+MI_D2
Subsystems in
Reporter metabolites iHamsterHepatocyte1818 Down
El tratamiento con el MI activó diferentes rutas metabólicas
involucradas en el NAFLD, incluyendo el metabolismo de
aminoácidos, el metabolismo del folato, el ciclo de krebs
(TCA), la activación de los ácidos grasos y la fosforilación
oxidativa.
La suplementación con el MI inhibió los procesos
metabólicos asociados con la biosíntesis y el metabolismo
del colesterol, la biosíntesis y la elongación de los ácidos
grasos y el metabolismo de los nucleótidos.20
Multi-ingrediente frente a NAFLD
Análisis de integración de datos
FAs
3-PG[c] PHGDH 3-Pser[c] SLC27A5 LCT
Serine[m] Serine[c]
Glucose[c] FAs pool
THF[m] SHMT1 THF[c] L-carnitine[c]
SHMT2 Mitochondria
Glycine[m] Glycine[c] VLCFA-CoA LCFA-CoA SCFAs, MCFAs
Glycine[m] L-carnitine[m]
SARDH ACSM1
GNMT ACSM3
Glycine[c] Sarcosine[c] Sarcosine[m] 5,10-meTHF[m] 5,10-meTHF[c] ABCD1 Acylcarnitine[c] Acylcarnitine[m] ACSM5
Shorted FAs ACSS2
DMGDH ACSS3
SAM[c] DMG[c] DMG[c] VLCFA-CoA ACOT8
MTHFD2/L MTHFD1 Acyl-CoA[m] NAD+ [m] NR
BHMT2 NR NAD+[p]
Methionine[c] Betaine[c] β-oxidation β-oxidation
shortened ROS
ROS NADH[p]
acyl-CoA Acetyl-CoA[m] NADH[m]
Homocysteine[c] Betaine 10-formylTHF[m] 10-formylTHF[c] Acetyl-CoA[p] Acylcarnitine[p]
CBS Serine[c] GSSG[m]
L-cystathionine[c] H2O Peroxisome NADH[m], ADP[m] NAD+[m], ATP[m]
CTH MTHFD1L MTHFD1 NAD+[m]
Glycine[c] GPX1/4
Cysteine[c] PRDX5 OXPHOS
GSH[m]
H2O2
Formate[m] Formate[c] ROS
GSH[c]
NAC GPX1/4 GSTK1 MPV17L, GPX1/4,
PRDX5 Mitochondria PRDX5, GSTK1
H2O2
GSSG[c] R-S-GSH[m] Cytoplasm Cytoplasm ROS metabolism
H2O
La suplementación con el MI (probablemente vía NAC y La suplementación con el MI produjo una sobreexpresión de genes
betaína) incrementó la expresión de genes involucrados en relacionados con la oxidación de los ácidos grasos y las especies
el metabolismo de un carbono (ciclo del folato) y en la ruta reactivas de oxígeno (ROS), lo que se relaciona principalmente con
de trans-sulfuración, relacionadas con la síntesis de GSH la suplementación de la LCT y la NR.21
Multi-ingrediente frente a NAFLD
Análisis de integración de datos
Mitochondria Valine, leucine and
Alanine[m] isoleucine degradation
Glyoxylate[m] α-KG[m] BCAT2
Pyruvate[m] GPT2 BCKDHA
MCCC1 ALDH2
Glutamine[m] MCCC2 PCCA
Glutamate[m] ALDH9A1
Acetyl-CoA[m] Propanoyl-CoA[m]
HOGA1
NH3{m} + HCO3-
CPS1 OAA[m] Isocitrate[m]
M-CoA[m]
HOG[m]
Carbamoyl-phosphate[m] TCA cycle IDH2
Malate[m] α-KG[m]
PRODH Aspartate[m] SDHB Succinate[m]
Proline[m] P5C[m] Ornithine[m] Citrulline[m]
Arginine and Aspartate[c] α-KG[c]
proline metabolism Ornithine[c] Citrulline[c] Alanine[c]
Urea cycle ASS1
Urea GOT1 GPT
Arginine[c] Arginosuccinate[c]
OAA[c] Glutamate[c] Pyruvate[c]
Arginine biosynthesis
Cytoplasm
El tratamiento con el MI produjo una sobreexpresión de genes
involucrados en el TCA y el catabolismo de los BCAAs, lo que podría
indicar que el MI incrementa la oxidación de ácidos grasos y la
respiración celular. También se observó un incremento de genes
involucrados en la biosíntesis de arginina y prolina.22
Multi-ingrediente frente a NAFLD
Conclusión
Glucose Betaine NAC
SLC6A12 Transsulfuration Glycine, serine, and La suplementación con el MI activó el metabolismo
pathway threonine metabolism
Glucose[c] Hcy[c] del NAD+ y GSH y promovió la oxidación de los
Betaine[c] GSSG[c] H2O
Cysteine[c] ácidos grasos y el catabolismo de los BCCAs
Methionine[c] Glycine[c]
3PG[c] DMG[c]
GSH[c] ROS
Serine[c]
3PSer[c] folate metabolism
Serine[m] GSSG[m] H2O
DMG[m]
Pyruvate[c] GSH[m]
Pyruvate[m] Glycine[m]
NADH[m]
ROS
BCAAs degradation
BCAAs BCAAs Acetyl-CoA
SLC43A1 β-oxidation
TCA cycle NAD+[m] NAD+[c] NR NR La suplementación con el MI atenuó la esteatosis
Acyl-CoA hepática inducida por una dieta HF en Golden
L-carnitine
Acylcarnitine Syrian hámster.
Mitochondria
Nuestros resultados evidencian los efectos
beneficiosos de este tratamiento frente a NFLD y
Acylcarnitine β-oxidation permiten establecer los mecanismos mediante los
ROS
L-carnitine Acyl-CoA FAs Peroxisome que el MI ejerce sus efectos.
Cytoplasm
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MUCHAS GRACIAS @RedTecnomifood
Más información:
Dr. Antoni Caimari Palou
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