Artículo técnico
El patrón de aminoácidos basado en el exoma humano y su potencial para la salud y la la ciencia de la nutrición
Este artículo técnico es una entrevista a expertos con Rainer Johannes Klement
De PD Dr. rer. nat. Rainer Johannes Klement
Historia
La importancia de los 20 aminoácidos proteinogénicos
De los varios cientos de aminoácidos que se encuentran en la naturaleza, hay exactamente 20 que están codificados en el ADN de todos los seres vivos terrestres y que se incorporan a las proteínas tras la traducción del código genético. Estos 20 denominados "aminoácidos proteinogénicos canónicos" parecen haber sido optimizados por la naturaleza para la construcción de una gran variedad de proteínas, ya que cubren las posibles gamas de las tres propiedades fundamentales de los aminoácidos (tamaño, carga e hidrofobicidad) de forma más uniforme y amplia que otras posibles combinaciones de aminoácidos.¹ Sin embargo, la cantidad relativa óptima de cada uno de estos 20 aminoácidos que necesita un organismo individual para optimizar sus funciones fisiológicas es específica de cada especie, y su estimación se basaba hasta hace poco en métodos empíricos aproximados. Con el concepto de un patrón de aminoácidos basado en el exoma, por primera vez se dispone de un patrón de aminoácidos óptimo teóricamente derivable, que ha proporcionado resultados prometedores en estudios preclínicos con respecto a la optimización de la salud. Podría convertirse en el nuevo punto de referencia para definir la calidad de las proteínas alimentarias
Por qué no solo importan los aminoácidos esenciales
Se distinguen fundamentalmente nueve aminoácidos esenciales, que deben aportarse necesariamente a través de la alimentación, de aminoácidos no esenciales, que el cuerpo puede producir a partir de aminoácidos esenciales cuando los necesita. Además, existen los denominados aminoácidos semiesenciales, cuya síntesis endógena en determinadas circunstancias no es suficiente para cubrir las necesidades y que, por tanto, también deben aportarse a través de la alimentación. Un ejemplo es la glutamina, cuya necesidad en caso de esfuerzo físico intenso o enfermedad grave (por ejemplo, quemaduras) es demasiado alta para que la síntesis endógena y la liberación de reservorios como la musculatura sean suficientes.
En todos los órganos del cuerpo tienen lugar constantemente reacciones anabólicas y catabólicas de aminoácidos. En principio, los no esenciales pueden sintetizarse a partir de los esenciales. Sin embargo, el término "aminoácido no esencial" es engañoso, ya que, como se sabe por la cría de animales, una salud óptima requiere la presencia de los 20 aminoácidos proteinogénicos en la dieta.² Esto se debe a que la síntesis de aminoácidos no esenciales a partir de esenciales es energéticamente ineficiente y produce residuos nitrogenados (amoniaco), cuya desintoxicación también es energéticamente costosa.³
¿Qué define la calidad de la proteína?
La calidad biológica de una proteína alimentaria está determinada principalmente por tres factores: Primero, la digestibilidad, es decir, el porcentaje de aminoácidos de la proteína que son absorbidos del intestino delgado al cuerpo. Por ejemplo, los aminoácidos de las proteínas vegetales solo pueden ser digeridos en un promedio de aproximadamente 70-90% debido a los antinutrientes que contienen – en el caso de la batata, incluso solo el 52% (Tabla 2.7 en ³). En los alimentos de origen animal, en cambio, la digestibilidad suele estar en un rango entre el 95% y el 100%. Segundo, la relación relativa de todos los aminoácidos entre sí. Idealmente, esto debería corresponder exactamente a la necesidad actual del cuerpo de aminoácidos individuales, sin que falten o sobren aminoácidos individuales. Y tercero, especialmente el contenido de aminoácidos esenciales en relación con las necesidades.⁴'⁵ Porque si falta incluso un solo aminoácido esencial, una proteína que contendría este aminoácido no puede producirse, incluso si hay más que suficientes de todos los demás aminoácidos.
Se puede imaginar un ejemplo: supongamos que queremos hacer varios collares con una perla negra, dos plateadas y una dorada alternativamente. Entonces, el valor de una caja con 500 perlas negras, 1000 plateadas y 500 doradas es mayor que el de una caja con 500 perlas negras, 500 plateadas y 600 doradas, ya que el contenido de la primera caja puede utilizarse por completo. En cambio, de la segunda caja, en comparación con la primera, solo se podría utilizar la mitad de las perlas negras y doradas, ya que las perlas plateadas serían limitantes para la fabricación de collares, de modo que las perlas negras y doradas quedarían sin usar. Si trasladamos la fabricación de collares de perlas a la síntesis de proteínas a partir de aminoácidos, un "sobrante" de aminoácidos significa que deben ser degradados o transformados, o finalmente oxidados, ya que el cuerpo apenas tiene posibilidades de almacenar aminoácidos. En estos procesos de transformación y degradación se produce la sustancia tóxica amoníaco, que debe ser convertida en urea y excretada. Esto significa, a la inversa: cuanto mayor sea el número de aminoácidos en la proporción correcta a las necesidades en una proteína alimentaria, de modo que un porcentaje lo más alto posible de ellos pueda utilizarse de forma anabólica (construyendo proteínas corporales), menor será el desecho nitrogenado resultante. Tampoco debe haber ningún aminoácido esencial limitante para la síntesis de proteínas, ya que de lo contrario todos los demás aminoácidos no podrían incorporarse a las proteínas y finalmente se oxidarían.⁶
Exome Amino Acid Pattern (EAP) – ¿el nuevo estándar de oro para la calidad de las proteínas?
La medición de la calidad de las proteínas alimentarias se ha realizado tradicionalmente de forma puramente empírica. Existen varios métodos, todos ellos con sus puntos fuertes y débiles. Pero, ¿puede derivarse teóricamente el concepto de calidad proteica? De hecho, nuevos estudios aportan pruebas teóricamente fundamentadas de que cada especie animal, y también el ser humano, tiene un patrón de aminoácidos óptimo propio, aunque sorprendentemente similar, que viene determinado por las secciones de ADN que codifican proteínas, el llamado exoma. El exoma se refiere a la totalidad de todos los exones, es decir, las secciones codificadoras de proteínas del genoma humano, que, según la especie, sólo comprenden entre el 1 y el 2% de todo el material genético. El exoma de un organismo contiene, por tanto, información sobre la proporción relativa en la que los aminoácidos individuales se traducen en proteínas, el Exome Amino Acid Pattern o EAP para abreviar. El EAP proporciona una base lógica para la derivación de las necesidades individuales de aminoácidos de una especie determinada.
EAP optimiza el crecimiento, la reproducción, la saciedad y el balance de nitrógeno en estudios preclínicos
Si el EAP representa la fuente de proteínas óptima se probó por primera vez en un estudio pionero de 2017, en el que Piper et al. alimentaron moscas de la fruta con una dieta EAP.⁷ El patrón de aminoácidos se derivó in silico (en el ordenador) como la proporción relativa promedio de cada aminoácido con respecto a su ocurrencia en el exoma completo; se diferenciaba significativamente de la composición de aminoácidos en proteínas naturales o de laboratorio.⁸ Piper et al. demostraron que una dieta EAP, en comparación con una dieta con un patrón de aminoácidos no adaptado, reducía la producción de ácido úrico, era más saciante, promovía el crecimiento y aumentaba la reproducción, incluso con una ingesta total de proteínas baja, lo que además conducía a una optimización de la vida útil. Si bien se sabe que la restricción de proteínas (así como la restricción calórica en general) puede prolongar la vida útil de los organismos, esto, cuando se usan proteínas alimentarias "normales", siempre va en detrimento de la reproducción.
El mismo grupo de trabajo demostró en un trabajo posterior publicado en 2023 que el EAP era igualmente equivalente a un patrón de aminoácidos basado en el exoma aún más adaptado a la diferente expresión de proteínas entre machos y hembras.⁹ Una conclusión de este trabajo fue que, si bien el sexo debería predecir teóricamente diferentes necesidades de aminoácidos individuales, en la práctica la principal diferencia radica solo en la cantidad absoluta de proteína necesaria, no en la proporción de los aminoácidos individuales entre sí; el patrón óptimo parece ser fundamentalmente el EAP específico de la especie. Sería interesante aclarar la hipótesis lógicamente consecuente de que el EAP es también el patrón de aminoácidos óptimo independientemente de la edad o la actividad física, y que aquí también solo cambiaría la necesidad absoluta de proteínas (ya que la necesidad de proteínas aumenta tanto con la edad como con una mayor actividad física).
Finalmente, el grupo de trabajo de Matthew Piper demostró en un tercer trabajo que los ratones con restricción de proteínas crecían mucho mejor y podían utilizar anabólicamente los aminoácidos de la dieta si recibían una dieta cuyo patrón de aminoácidos correspondía al EAP específico de la especie.¹⁰ Es importante destacar que en este trabajo no se administró una mezcla de aminoácidos sintéticos, sino que el EAP se creó principalmente mediante una combinación optimizada por ordenador de tres leches en polvo diferentes (con solo pequeñas adiciones de aminoácidos individuales para acercarse aún más al EAP).
Vista general Información del producto
Información breve sobre el EAP (Exome Amino Acid Pattern)
Complejo de aminoácidos exombasados: adaptado al plano de ADN: Contiene los 20 aminoácidos proteinogénicos más nuestro complejo de nucleótidos (componentes básicos de ADN y ARN) y vitamina C. De este modo, se apoyan conjuntamente los niveles de proteínas y ADN, para un suministro preciso y basado en genes
Alto grado de innovación gracias a su perfil exombasado con nucleótidos, biodisponibilidad óptima, utilizable en dosis moderadas con riesgo mínimo, y respaldado científicamente por los estudios actuales
Todoterreno – también para pacientes sensibles: Bien tolerado, insípido y respetuoso con los riñones gracias a su contenido reducido de nitrógeno. Contiene los 20 aminoácidos proteinogénicos en una dosificación moderada y adaptada al plan de construcción del ADN – para un aporte efectivo sin cargas innecesarias
Resultados prometedores también en ratones portadores de tumores
Otro grupo de trabajo de China probó recientemente el potencial del EAP en ratones portadores de tumores en un modelo de cáncer de mama.¹¹ Los ratones fueron divididos en cuatro grupos diferentes, todos los cuales recibieron quimioterapia con paclitaxel, pero se diferenciaron en la suplementación de proteínas: Un grupo recibió un suplemento nutricional desarrollado para pacientes con cáncer en una dosis de 18 g/kg/día; un grupo recibió el mismo preparado en una dosis de 18 g/kg/día, pero ajustado mediante la adición de los aminoácidos subrepresentados serina y glicina para que se ajustara lo más posible al EAP de los ratones; un grupo recibió el preparado no ajustado, pero en una dosis doble (36 g/kg/día); y un grupo no recibió ninguna suplementación proteica además de la dieta estándar.
En primer lugar, es importante mencionar que la suplementación proteica adicional, independientemente de su composición y dosis, no promovió el crecimiento tumoral en comparación con el grupo que no recibió el preparado proteico. Sin embargo, los ratones que recibieron proteínas adicionales mostraron un mayor peso corporal en la tercera y última semana del experimento. Esto justifica las directrices clínicas, según las cuales los pacientes con cáncer deben aspirar a una ingesta de proteínas en el rango superior de 1,5 a 2 g/kg/día para compensar la inflamación sistémica y el catabolismo de proteínas musculares relacionado con el tumor, sin temor a que los aminoácidos adicionales puedan "alimentar" el tumor.¹² De hecho, las células cancerosas son en gran medida independientes del suministro de aminoácidos a través de la dieta, ya que a menudo utilizan la glutamina como fuente de energía, cuyos niveles plasmáticos apenas se ven afectados por la nutrición¹³, o canibalizan a su huésped a través de un proceso llamado macropinocitosis, en el que se absorben péptidos y proteínas enteros en la célula y luego se descomponen en aminoácidos para proporcionar sustratos anabólicos y catabólicos (generadores de energía).¹⁴
Una segunda observación importante fue que los ratones que recibieron el preparado de proteínas ajustado al EAP pudieron aumentar su fuerza de agarre (un indicador de fuerza muscular) significativamente más que los ratones que no recibieron ningún preparado de proteínas o el preparado de proteínas no ajustado, bajo en glicina y serina. Sin embargo, el grupo que recibió este último en dosis doble pudo aumentar su fuerza de agarre en la misma medida que los ratones que recibieron la fórmula de proteínas ajustada. Los análisis posteriores del perfil transcriptómico del tejido muscular esquelético mostraron que la expresión de la proteína Complemento 3 (C3) estaba significativamente regulada al alza en las células musculares de los ratones que habían recibido la proteína ajustada al EAP. Se ha demostrado que el C3 es el activador central del sistema del complemento y promueve la regeneración muscular.¹⁵
Un tercer resultado interesante del estudio fue que la suplementación proteica contrarrestó la disbiosis intestinal causada por el paclitaxel. Curiosamente, el efecto más fuerte se observó aquí con una dosis doble del suplemento proteico no ajustado, lo que sugiere que la cantidad de aminoácidos podría ser más importante que la calidad de los aminoácidos para la restauración de la disbiosis causada por la quimioterapia. Sin embargo, también pareció haber beneficios adicionales de ajustar los aminoácidos al EAP, ya que el grupo con suplementación ajustada mostró una abundancia relativa significativamente mayor de bacterias del género Alistipes que el grupo con suplementación no ajustada; las bacterias Alistipes deben evaluarse como bacterias útiles en este contexto. Este hallazgo es interesante, pero por el momento no es suficiente para sacar conclusiones claras con respecto al EAP y el microbioma en ratones, y mucho menos en humanos.
El potencial de los PAE para las personas
En resumen, estos estudios preclínicos proporcionan indicios de que el EAP específico de cada especie podría ser el patrón óptimo de aminoácidos anclado en el genoma. De esto se derivan tres aspectos importantes: Por un lado, el EAP podría servir como una nueva referencia para evaluar la calidad de las fuentes de proteínas naturales. Por ejemplo, he demostrado que el EAP humano es mucho más similar a las proteínas animales que a las vegetales, especialmente en cuanto al contenido de aminoácidos esenciales, de los cuales algunos a menudo se encuentran en concentraciones demasiado bajas en las plantas.⁵ El huevo de gallina completo, por ejemplo, se acerca bastante al EAP¹⁶, lo que concuerda con el valor biológico de 100 para un huevo de gallina como proteína de referencia, derivado empíricamente y establecido arbitrariamente a principios del siglo XX. Existen varios estudios sobre la alta calidad proteica de los huevos, por ejemplo, un estudio controlado aleatorizado en lactantes de 6 a 9 meses que mostró un crecimiento más rápido mediante la administración adicional de un huevo al día¹⁷, o una serie de casos de ocho pacientes con quemaduras graves que lograron una rápida normalización de sus valores séricos de proteínas con 35 huevos al día.¹⁸ La relativa proximidad (relativa en relación con alimentos individuales) al huevo de gallina y otras fuentes de proteínas animales, confirma indirectamente el concepto del EAP como patrón óptimo de aminoácidos a través de observaciones empíricas.
El segundo aspecto importante, si el EAP realmente representa la fuente óptima de proteínas, sería el potencial para la industria de piensos y la medicina veterinaria. La alimentación de animales con su EAP específico de especie podría minimizar las excreciones de nitrógeno y, al mismo tiempo, maximizar el crecimiento y la salud de los animales.
Extrapolado al ser humano, veo un gran potencial para el mercado de suplementos dietéticos y la salud humana, algo que también se señaló en un editorial publicado en 2017 sobre el estudio de Piper et al.⁸ MITOcare ha logrado por primera vez producir un producto que corresponde al EAP humano y, por lo tanto, ofrece una variedad de posibles usos.
Por un lado, el producto es interesante para todas las personas que siguen una dieta vegetariana o, en particular, vegana, ya que ofrece una forma sencilla de mejorar la calidad y la cantidad del suministro de proteínas. Además, todos aquellos que tienen una mayor necesidad de proteínas, que a menudo no es fácil de cubrir con la dieta normal, podrían beneficiarse: atletas (de alto rendimiento), personas mayores o personas crónicamente estresadas y enfermas. Un tercer uso interesante para las personas preocupadas por la salud sería la sustitución de las proteínas dietéticas normales por EAP para minimizar los residuos de nitrógeno resultantes, siempre que los resultados de los estudios preclínicos⁷ también fueran válidos en humanos. Alternativamente, el uso de EAP durante una cura de ayuno sería concebible para preservar la valiosa masa muscular, mientras se utilizan grasas y cuerpos cetónicos como fuente de energía.
Resumen y perspectivas
En resumen, el concepto de un patrón de aminoácidos basado en el exoma parece tener un enorme potencial para la investigación de proteínas, la nutrición animal y la fisiología aplicada. Por ejemplo, sería concebible combinar alimentos dentro de un menú de tal manera que el patrón de aminoácidos combinado se acerque al EAP; de esta manera, también se podría mejorar la situación nutricional de las poblaciones que tienen acceso limitado a alimentos de origen animal o, en general, a alimentos con bajo contenido de proteínas. Un algoritmo correspondiente ya ha sido desarrollado por el grupo de investigación de Matthew Piper en la Universidad de Monash en Melbourne, Australia¹⁹, aplicado por primera vez en el estudio en ratones de Wu et al.¹⁰ y, según el intercambio personal con Matthew Piper y Louise Bennett, actualmente se está intentando comercializarlo para el diseño de productos adaptados al EAP. La suplementación dietética con EAP también tiene, como se explicó anteriormente, potencial para mejorar la salud en ciertos grupos de personas o bajo ciertas circunstancias de vida, aunque aquí, por supuesto, debe señalarse que hasta ahora faltan datos clínicos y que incluso el suministro óptimo de proteínas no sirve de nada si otros componentes de la dieta (vitaminas, oligoelementos, etc.) no están disponibles en cantidades suficientes. Se esperan con interés las primeras aplicaciones de EAP en estudios en humanos.
Fuentes y bibliografía
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Situación de los estudios sobre el producto
La investigación como fundamento de nuestro desarrollo
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