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Quels sont les problèmes de santé sur lesquels porte votre recherche?
L’augmentation des maladies non transmissibles est l’un des grands problèmes auxquels le monde est actuellement confronté. Cette série de maladies est liée à la façon dont nous choisissons de vivre nos vies, et l'un des facteurs les plus importants est ce que nous choisissons de manger. Une mauvaise alimentation a été mise en évidence comme un problème majeur dans la majorité de ces maladies, telles que l'obésité, le cancer, les maladies cardiovasculaires et le diabète de type 2.
On estime qu'il y aura 629 millions d'adultes atteints de diabète d'ici 2045. La grande majorité du diabète est le diabète de type 2. C'est un problème de style de vie; il augmente lorsque l'obésité augmente dans la population de base. Et une grande préoccupation est la montée du diabète dans les pays à revenu faible ou intermédiaire. Il y a un énorme problème dans le monde concernant la façon dont nous choisissons de vivre nos vies et la façon dont nous sélectionnons les aliments que nous mangeons.
Ces maladies ne montrent aucun signe de ralentissement. Aucun pays au monde n'a été en mesure d'inverser la hausse de l'obésité. Il y a eu une augmentation massive des maladies liées au mode de vie en très peu d'années. Donc, ce n'est pas un problème génétique; c'est un problème environnemental. Cela est dû au vaste changement de nos modes de vie et à l'augmentation des aliments riches en énergie que nous choisissons de manger. Aujourd'hui, 30% de la population mondiale est en surpoids et obèse, et ce chiffre devrait augmenter.
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Quels sont les obstacles à la résolution de ces problèmes?
La race humaine a fait de nombreuses grandes découvertes, mais la seule chose que nous n'avons pas craquée est de comprendre ce que les gens mangent dans leur environnement familial. Pour le moment, c'est un mystère total sur ce que les gens choisissent de manger au quotidien dans leur environnement familial. Ceci est fondamentalement important car, à moins que nous ne puissions obtenir cette compréhension, il est très difficile de lier les taux de maladie à l'alimentation. Il est également très difficile de comprendre le succès d'une politique, car on ne sait pas ce que les gens mangent au quotidien.
L'un des grands défis de la nutrition est de résoudre ce problème. Nous voulons répondre à la question: « Que mangeons-nous vraiment? » Nos outils actuels que nous utilisons pour essayer d'y répondre sont archaïques. Ce sont des outils qui existent depuis plus d'un siècle maintenant. Les gens enregistrent ce qu'ils doivent manger, et cela est ensuite traité à l'aide d'un logiciel. Le problème avec ceci est qu'il y a des erreurs en cours de route. L'un des plus importants concerne ce que les gens choisissent pour vous faire savoir qu'ils mangent. Il y a quelque part entre un taux d'erreur de 33% à 80% dans les rapports alimentaires dans certains des grands ensembles de données que nous avons, que les gouvernements utilisent pour prendre des décisions sur la politique de santé publique.
Ce que nous avons fait au cours des six ou sept dernières années, c'est de voir si nous pouvons utiliser le profilage des métabolites par RMN 1H dans l'urine pour nous donner un aperçu de l'alimentation.
Comment avez-vous développé cela 1Technique de profilage métabolique H-RMN?
Nous avons commencé par mener un essai clinique dans lequel nous avons mis les personnes sous surveillance pour nous assurer qu'elles adhéraient à 100% à notre alimentation. Nous avons demandé à 19 participants en bonne santé de suivre, dans un ordre aléatoire, quatre régimes différents avec différents niveaux de respect des directives diététiques de l'OMS. En résumé, nous avions un régime avec 25% d'adhésion aux directives de l'OMS et un avec 100% d'observance, plus deux intermédiaires, avec respectivement 50% et 75% d'observance.
Tous les participants ont suivi tous les régimes, mais pendant la durée de chaque régime, les participants n'ont pas été autorisés à quitter l'unité clinique et tous les aliments et boissons que nous leur avons fournis ont été contrôlés. Tous les participants ont reçu les trois mêmes repas principaux et deux collations chaque jour. Bien que, bien sûr, ces repas soient différents dans chacun des différents régimes.
Les participants ont été invités à prélever des échantillons d'urine au début et à la fin de chacun des régimes. Nous analysons les échantillons d'urine à l'aide de la résonance magnétique nucléaire, et il faut cinq minutes pour générer un profil métabolique ou une empreinte métabolique. Le profil métabolique permet de détecter des milliers de composés chimiques. Le spectre contient de nombreux pics différents, et certains d'entre eux sont liés à la consommation d'aliments spécifiques. Par exemple, si une personne consomme du raisin, vous verrez de l'acide tartrique dans l'urine. S'ils consomment un morceau de viande rouge, vous verrez de l'O-acétylcarnitine.
Nous avons recueilli tous les échantillons d'urine des participants après avoir suivi chacun des régimes. Nous avons ensuite pris tous les profils métaboliques et les avons mis dans notre modèle à l'aide de l'ACP (analyse des composants principaux).
Quelles ont été vos premières découvertes?
Nous avons constaté que même si le modèle ne sait pas qui est qui ou qui a mangé quel régime, nos échantillons sont classés en fonction de la salubrité du régime.
Essentiellement, ce que nous avons constaté, c'est que le profil métabolique du participant était systématiquement modulé lors d'un changement de régime alimentaire, passant d'une alimentation 25% à 100% saine et vice versa. Un autre facteur important du profilage métabolique est qu'il nous permet de suivre rapidement les changements dans les habitudes alimentaires des gens. Nous avons pu observer des changements dans les profils métaboliques du jour 1 au jour 2 au jour 3.
Nous avons tracé les résultats des personnes ayant les régimes alimentaires les plus et les moins sains, chaque échantillon étant représenté par un point. Cela a montré une séparation claire entre les échantillons d'urine après que les gens aient suivi un régime alimentaire sain et après que les gens aient suivi un régime alimentaire malsain.
Nous avons ensuite voulu voir si nous pouvions utiliser ce modèle pour prédire les profils métaboliques des personnes suivant le régime intermédiaire. Cela était en effet possible, les régimes intermédiaires se regroupant entre les deux régimes extrêmes.
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Comment avez-vous validé le modèle en dehors du cadre des essais cliniques?
Nous avons pris un groupe d'individus vivant librement qui ont été classés comme des mangeurs sains par un diététicien. Les diététiciens examinent ce que les gens disent manger et les notent à l'aide du score DASH (Dietary Approaches to Stop Hypertension). Nous avons tracé ces scores DASH par rapport à nos scores dérivés du profilage métabolique. Nous avons constaté que bien que les scores soient corrélés pour de nombreux participants, il y avait une proportion significative dont le profil métabolique indiquait une alimentation «malsaine», malgré un bon score DASH.
Un autre avantage de notre approche est que nous pouvons entrer dans le profil métabolique et voir pourquoi le score DASH ne correspond pas à notre score. Par exemple, un sujet a rapporté consommer beaucoup de jus d'orange et d'oranges, mais nous n'avons jamais vu de proline bétaïne, un marqueur de la consommation d'agrumes, dans l'urine. Donc, c'était un cas où quelqu'un a mal déclaré ou sous-déclaré ses habitudes alimentaires.
Quels composants recherchez-vous spécifiquement dans le profil métabolique?
Nous ne recherchons pas nécessairement un composé spécifique à part entière. Ce que nous faisons, c'est prendre tout le schéma, l'empreinte métabolique de l'urine. À partir de là, nous le comparons à une base de données d'études d'intervention diététique très soigneusement contrôlées.
Cela dit, il y a certains composés dans l'urine que nous examinons spécifiquement parce que nous savons qu'ils sont intéressants. Certains d'entre eux comprendront des éléments tels que les métabolites énergétiques, impliqués dans le cycle de Krebs. Un autre groupe de composés qui nous intéresse est les métabolites microbiens intestinaux, car ils se rapportent spécifiquement à la récolte bactérienne de calories. Cela inclut les métabolites comme le sulfate de para-crésol, le glucuronide de para-crésol, la phénylacétylglutamine, l'hippurate, ainsi que d'autres métabolites dérivant directement des aliments eux-mêmes. Par exemple, si vous prenez de la proline bétaïne, cela concerne spécifiquement les agrumes. Donc, nous allons donner une lecture de produits chimiques spécifiques, mais toute la prémisse du test est autour du modèle global et holistique dans l'urine que nous utilisons pour faire des prédictions.
Quels sont les principaux avantages du test?
Du point de vue de la clinique, ce test offre aux diététiciens l’occasion de savoir ce que la personne a mangé sans avoir à lui demander. Nous savons que, normalement, cela a une marge d'erreur énorme parce que les déclarations sont erronées ou sous-déclarées. Nous pensons que nous pouvons donner aux diététiciens les moyens de personnaliser le régime, en sachant ce que la personne a mangé, mais aussi, ils sauront quel régime correspond le mieux au métabolisme de la personne. Ainsi, nous pouvons voir comment ils réagissent au régime.
D'un point de vue scientifique, cette approche permet aux chercheurs une manière différente de mesurer ce que les gens ont mangé, et pas seulement en se basant sur des questionnaires alimentaires ou un journal alimentaire.
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Comment la méthode pourrait-elle être utilisée pour suivre les habitudes alimentaires des gens dans la vie réelle?
Nous avons fait un autre essai clinique, dans lequel 28 volontaires ont été invités à prélever un échantillon d'urine hebdomadaire sur une période de six mois. Une fois de plus, nous avons analysé les échantillons en utilisant la résonance magnétique nucléaire, nous avons généré un profil métabolique et nous avons appliqué notre modèle mathématique pour pouvoir évaluer l'adhésion de chacun des participants au fil du temps aux directives de l'OMS.
Pour chaque participant, nous avons généré un graphique différent afin de pouvoir surveiller leurs changements alimentaires au fil du temps. Sur l'axe des abscisses, nous avons tracé le jour où l'échantillon d'urine a été prélevé, et sur l'axe des y, nous avons tracé le pourcentage de respect des directives de l'OMS pour chaque échantillon. Ce que nous voulons voir, idéalement, c'est une ligne à environ 100% du respect des directives de l'OMS, mais, en réalité, cela ne se produit pas toujours. Nous avons vu que certaines personnes commençaient avec une alimentation très saine et perdaient ensuite l'adhésion avec le temps.
Enfin, nous avons appliqué notre modèle pour examiner les habitudes alimentaires des gens dans leur environnement familial. Nous avons choisi un groupe de patients obèses qui devaient subir une chirurgie bariatrique. Cette fois, nous avons tracé le pourcentage d'adhésion aux directives de l'OMS par rapport au score DASH. Nous avons constaté que, dans de nombreux cas, le score DASH n'était pas en accord avec notre score d'adhésion.
Il y avait des personnes qui, selon notre modèle, avaient de meilleures habitudes alimentaires. Cependant, moins de 50% des sujets ont montré une bonne adhésion à de saines habitudes alimentaires.
Comment cette information pourrait-elle adapter les régimes aux individus?
Certaines personnes pensent que si tout le monde suit le même régime alimentaire, tout le monde perdra à peu près la même quantité de poids et les résultats sont liés à l'observance. Si vous demandez à d'autres chercheurs, ils vous diront que ce n'est pas le cas et que le régime alimentaire doit être adapté à votre métabolisme individuel.
Nous avons fait des recherches sur cela depuis plus de 20 ans maintenant et avons fait de nombreuses études où nous avons nourri des gens avec des régimes alimentaires simples et mixtes. Par exemple, si nous prenons une cohorte en bonne santé qui n'a reçu aucun raisin dans son alimentation lorsque nous analysons l'échantillon d'urine, tout le monde commence avec zéro tartrate, notre biomarqueur de la consommation de raisin.
Nous avons ensuite demandé aux gens de manger le même nombre de raisins par jour, et ce que nous avons vu, c'est que tout le monde excrète une quantité différente de ce biomarqueur particulier. Certaines personnes excrètent plus du double de la quantité d'autres personnes. Donc, ce que nous avons constaté, c'est que bien que les gens reçoivent exactement la même quantité de la même nourriture, il existe des différences dans la façon dont ces personnes métabolisent et / ou excrètent la nourriture. Vous pouvez étendre ce concept à travers différents aliments. Nous avons observé le même effet avec différents composés liés à la viande rouge, aux fruits et légumes, au poisson et au brocoli, par exemple. Pour chaque type d'aliment, nous voyons une propagation en réponse. Ainsi, les gens métabolisent différemment différents aliments.
A titre d'exemple, nous pouvons regarder un biomarqueur particulier, la proline bétaïne, qui est un biomarqueur pour les agrumes. C'est un très bon biomarqueur pour nous car il vient dans une région peu peuplée du 1Spectre de RMN H, afin que nous puissions le détecter facilement. Et il n'est pas métabolisé de manière majeure en d'autres produits chimiques; la plupart de ce que vous consommez est excrété sous forme de proline bétaïne.
Nous avons donné à certains volontaires la même quantité de jus d'orange, puis nous avons profilé leur urine deux, quatre, six heures, etc., jusqu'à 24 heures après avoir bu le jus d'orange. Ce que nous avons constaté, c'est que, pour la proline bétaïne, la plupart des gens excrètent la majorité dans les deux premières heures, mais vous pouvez toujours la détecter jusqu'à 24 heures plus tard. Une chose est certaine, c'est que nous pouvons examiner les réponses alimentaires aiguës. Lorsque nous avons examiné ces réponses alimentaires aiguës et les avons appliquées à une population vivant librement et que nous avons examiné les relevés alimentaires, nous avons pu prédire les personnes qui buvaient du jus d'orange.
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Cette méthode vous permet-elle de regarder le régime alimentaire dans un sens à plus long terme?
Nous avons pris les données de notre étude interne où nous avons soigneusement profilé la variété de 19 personnes. Nous avons identifié les métabolites qui différaient entre la bonne et la mauvaise alimentation, et pour chacun des métabolites qui ont changé dans ces deux régimes, nous les avons intégrés dans un réseau métabolique et avons cherché à voir comment ces métabolites étaient connectés entre différentes personnes. Nous les visualisons sur une carte du réseau de réactions métaboliques.
Cela nous permet de voir, après avoir suivi un régime particulier, comment le métabolisme d'une personne s'illumine à travers plusieurs voies. Si une personne ne répond pas, cela indique qu'elle n'est pas aussi métaboliquement active après ce régime particulier.
Qu'est-ce qui détermine si une personne devient plus métaboliquement active après un régime particulier?
Cela diffère entre les individus, mais au moins certaines de ces différences sont dues au microbiome intestinal. Une grande partie de ce que nous mangeons est transformée par nos bactéries intestinales en produits chimiques, et ceux-ci sont excrétés. Ainsi, certaines des différences que nous constatons dans les profils urinaires sont liées au fait que chacun de nous a environ 1,5 à 2 kilogrammes de bactéries intestinales, et nous sommes tous uniques. Nous avons différentes bactéries. Cela nous rend tous légèrement différents, métaboliquement. Les bactéries intestinales contribuent aux différences individuelles dans notre profil.
Maintenant, si nous devons penser à une personne tout au long de sa vie, idéalement, nous voulons rester en santé le plus longtemps possible, et le régime alimentaire en est une grande partie. Pour chaque population et chaque individu, il est essentiel de pouvoir déterminer quel est le meilleur régime pour vous?
À propos du Dr Isabel Garcia-Perez
Le Dr Garcia-Perez est chargé de cours en médecine de précision et de systèmes au sein de la Division de la médecine intégrative des systèmes et des maladies digestives. Avec sa recherche croissante, son objectif est d'exploiter un nouveau créneau de recherche qui amène la chimie analytique à la recherche en santé. Son dévouement au travail qu'elle accomplit la place vraiment au premier plan en tant que rôle pour Women in Science.
À propos du professeur Gary Frost
Le professeur Frost est actuellement chef de la section de recherche en nutrition et dirige le réseau impérial de nutrition et d'alimentation. Il est diplômé en diététiste en 1982 et a toujours maintenu un apport clinique tout au long de sa carrière. Il a été nommé professeur de nutrition et diététique à l'Imperial College en janvier 2008. Auparavant, Gary avait travaillé pendant 18 ans à l'hôpital Hammersmith. Au cours de son séjour à Hammersmith, il a obtenu son doctorat en nutrition et a été nommé lecteur honoraire en nutrition à l'Imperial College, puis a rejoint l'Université de Surrey en tant que professeur de nutrition et de diététique en 2005.
Pr Elaine Holmes
Le professeur Holmes est chef de la division de médecine computationnelle et des systèmes et professeur de biologie chimique au département de chirurgie et du cancer de l'Imperial College, à Londres, au Royaume-Uni. Elle a plus de 20 ans d'expérience dans la technologie métabonomique et ses applications. Elle se concentre sur la découverte et le développement de biomarqueurs métaboliques de la maladie dans les soins de santé personnalisés et les études de population avec des contributions importantes à la recherche cardiovasculaire, neuroscientifique et infectieuse.
