Înțelegerea de bază a nutriției moleculare a digestiei, absorbției și metabolismului nutrienților
Nutriția moleculară a apărut ca o nouă zonă în știința nutrițională, urmând atât progresele în biologia moleculară, cât și cerințele pentru explicarea răspunsurilor organismului la nutrienți la nivel molecular. Acestea includ expresia genelor, transducția semnalului și modificările covalente ale proteinelor (Müller și Kersten, 2003). Jacob și Monod (1961) au dezvoltat pentru prima dată teoria operonului lactozei, care este primul exemplu de reglare a genelor de către un nutrient. Shapiro și colab. (1969) au izolat ADN-ul de lacton pur din Escherichia coli, demonstrând astfel pe deplin modelul de operon al lactozei al lui Jacob și Monod (1961). Interacțiunile gen-nutrienți sunt paradigma interacțiunii dintre genom și mediu. Fiecare proces nutrițional se bazează pe interacțiunea unui număr mare de proteine codificate de molecule de ARNm care sunt exprimate într-o celulă dată. Modificările nivelurilor de ARNm și, la rândul lor, ale nivelurilor de proteine corespunzătoare (deși cele două variabile nu se schimbă neapărat în paralel) sunt parametri critici în controlul fluxului unui nutrient sau metabolit printr-o cale biochimică. Astfel, nutriția moleculară a ajutat la soluționarea problemelor fundamentale de sănătate și a oferit explicații mecanice rafinate ale cauzei și efectului.
Aplicațiile „omicilor”, cum ar fi genomica, transcriptomul, proteomul și metabolomul, au facilitat înțelegerea nutriției moleculare (Afman și Müller, 2006). De exemplu, China și colab. (2004) au investigat modificările exprimării genei creierului ca răspuns la diferite diete îmbogățite cu acid gras polinesaturat (PUFA) la șobolani folosind un microarray de densitate mare. Ei au descoperit că dietele îmbogățite cu PUFA duc la modificări semnificative în expresia mai multor gene din țesutul nervos central și aceste efecte par a fi în principal independente de efectele lor asupra compoziției membranei, facilitând înțelegerea efectelor benefice ale ω-3 PUFA asupra sistemului nervos. Son și colab. (2013) au investigat mecanismul care stă la baza utilizării crescute a aminoacidului glutamină pentru a alimenta procesele anabolice în celulele adenocarcinomului ductal pancreatic (PDAC) utilizând tehnologia metabonomiei. Ei au stabilit că reprogramarea metabolismului glutaminei este mediată de KRAS oncogen prin reglarea transcripțională și reprimarea enzimelor metabolice cheie în această cale.