Nerka świni przeszczepiona człowiekowi: sukces po niepowodzeniach?

Miniaturowa świnia. Źródło: Wikimedia Commons, Fcobmz. Licencja CC BY 4.0.

Zapotrzebowanie na narządy do przeszczepów znacznie przekracza liczbę ich dawców. I tak w USA 90 000 osób czeka na przeszczep nerki, z czego ponad 3000 rocznie umiera. Dlatego od lat myśli się o przeszczepianiu narządów od zwierząt, przy czym najlepszym kandydatem jest miniaturowa świnia (na zdjęciu).  Dlaczego miniaturowa? Bo jej masa ciała (ok. 70 kg) jest zbliżona do masy człowieka, tak więc organy wewnętrzne (nerka, wątroba, serce) są też podobnej wielkości. Taki przeszczep nazywa się ksenoprzeszczepem, ale jego powodzenie zależy od dwóch czynników: podobnie jak inne gatunki ssaków, świnia ma antygeny powierzchniowe, które są rozpoznawane przez przeciwciała człowieka. Wymaga to modyfikacji genetycznych polegających na usunięciu lub wyciszeniu genów kodujących takie antygeny.

Po drugie, świnia (podobnie jak każde inne zwierzę) może być nosicielem wirusów. Takie wirusy mogą przechować się w narządzie przeszczepionym człowiekowi i zaatakować nowego gospodarza. Tak stało się w przypadku pierwszego przeszczepu serca świni, który miał miejsce w 2022 r. Pacjent zmarł po 40 dniach z powodu zaburzeń układu krzepnięcia krwi, spowodowanych pośrednio przez świński cytomegalowirus obecny w komórkach przeszczepionego serca. U człowieka wirus ten może powodować chorobę nazywaną cytomegalią, na którą chorują głównie niemowlęta. Jeżeli jednak nasz układ odpornościowy nie jest upośledzony, to cytomegalowirus nie czyni na ogół specjalnych szkód. Pacjentom z przeszczepionymi narządami podaje się jednak leki obniżające odporność, są więc oni szczególnie narażeni na zakażenia wirusami.

Kolejna próba przeszczepienia narządu od świni człowiekowi miała miejsce 16 marca 2024 r. Lekarze z Massachusetts General Hospital w Bostonie przeszczepili 62-letniemu pacjentowi nerkę od genetycznie modyfikowanej miniaturowej  świni rasy Yucatan. Na czym polegała ta genetyczna modyfikacja?

Geny, które usunięto

Największy problem podczas przeszczepiania narządów stwarzają cukry (oligosacharydy), których nie ma u człowieka. Ponieważ stykamy się z takimi cukrami, np. w postaci elementów bakterii żyjących w naszym przewodzie pokarmowym, to wytwarzamy przeciwciała które je rozpoznają. Tak właśnie dzieje się w przypadku grup krwi A/B/AB/O, które też są cukrami. Dlatego osoby z antygenami A produkują przeciwciała anty-B i vice versa. Świnie rasy Yucatan, od których pochodziła przeszczepiona nerka, mają akurat grupę O, więc ludzkie przeciwciała anty-A/B nie powinny stwarzać problemów. Ale te świnie, podobnie jak inne zwierzęta, mają inne antygeny cukrowe nieobecne u ludzi, i to właśnie tych antygenów nie może być w przeszczepianych narządach. Są trzy takie cukrowe ksenoantygeny (czyli antygeny obce gatunkowo):

Galaktoza α1→3

Galaktoza przyłączona wiązaniem α1→3 do innej galaktozy to najważniejszy ksenoantygen związany z przeszczepami. Występuje na powierzchni komórek większości organizmów, w tym u bakterii i protistów, a także ssaków, w tym małp Nowego Świata (Platyrrhini, małpy szerokonose występujące w Ameryce Południowej i Środkowej). Antygen ten jest natomiast nieobecny u małp wąskonosych (Catarrhini), czyli małp Starego Świata, w tym człekokształtnych wraz z ludźmi. Antygen Galα1→3Gal powstaje w wyniku reakcji katalizowanej przez enzym o nazwie α1,3-galaktozylotranferaza (kodowana przez gen GGTA1). Mutacja powodująca, że białko u ludzi i małp wąskonosych jest nieaktywne, miała miejsce ok. 28 milionów lat temu. Uważa się, że stało się tak w wyniku presji ewolucyjnej ze strony patogenów, w tym chorobotwórczych bakterii (Neisseria, Klebsiella i Salmonella), a także protistów z rodzajów Trypanosoma i Plasmodium (Ryc. 1).

Ryc. 1. Powstawanie antygenu Galα1-3 (czerwony kolor). Źródło: Suchanowska A. et al., Post. Hig. Med. Dośw. 2009, 63: 250-257. Licencja CC BY 4.0.

Kwas N-glikoliloneuraminowy

Na powierzchni komórek większości zwierząt występuje kwas N-glikoliloneuraminowy. Należy on do grupy cząsteczek nazywanych kwasami sjalowymi (od saliva, czyli ślina po łacinie). Powstaje on z kwasu N-acetyloneuraminowego w wyniku przyłączenia grupy -OH, katalizowanej przez enzym o nazwie hydroksylaza kwasu CMP-N-acetyloneuraminowego (CMAH). Enzym ten jest nieaktywny u ptaków i ryb, a wśród ssaków m.in. u człowieka, małp Nowego Świata, niektórych nietoperzy, jeża i fretki. Dlatego kwas sjalowy u tych gatunków nie ma grupy -OH. Mutacja powodująca utratę aktywności miała miejsce u przodków człowieka ok. 2-3 miliony lat temu, prawdopodobnie w wyniku presji ze strony zarodźców z rodzaju Plasmodium powodujących malarię. Podobnie jak w przypadku antygenu Galα1→3Gal, organizmy mające tylko kwas N-acetyloneuraminowy (w tym ludzie) produkują przeciwciała rozpoznające kwas N-glikoliloneuraminowy (Ryc. 2).

Ryc. 2. Dwa rodzaju kwasów sjalowych: N-acetyloneuraminowy i N-glikoliloneuraminowy. U człowieka występuje tylko kwas N-acetyloneuramionowy. Grupę -OH zaznaczono czerwonym kółkiem. Według: Burzyńska P. et al. Biomolecules 2021, 11: 831. Licencja CC BY 4.0.

N-acetylogalatozamina β1→4

Nazywany też antygenem Sd. Powstaje w wyniku przyłączenia N-acetylogalatozaminy β1→4 do galaktozy, katalizowanego przez enzym o nazwie  β1,4-N-acetylogalaktozaminotransferaza 2 (B4GALNT2). Mutacje w genie kodującym ten enzym powodują, że jest nieobecny u ok. 1% ludzi (ale inne ssaki go mają). Takie osoby mają grupę krwi Sd(a-), w odróżnieniu od osób z grupą krwi Sd(a+), kiedy antygen ten jest obecny. Jest to podstawa układu grupowego krwi Sd. Większość osób Sd(a-) ma przeciwciała anty-Sd (Ryc. 3).

Ryc. 3. N-acetylogalaktozamina β1→4 (zaznaczona niebieskim kółkiem). Według: Groux-Degroote S. et al., ChemBioChem 2021, 22: 3381. Licencja CC BY 4.0.

Obecność trzech wymienionych antygenów cukrowych na powierzchni komórek narządów zwierzęcych może powodować zjawisko znane jako odrzucenie przeszczepu spowodowane przez przeciwciała. Dlatego konieczne jest „unieszkodliwienie” genów kodujących białka odpowiedzialne za powstawanie tych antygenów. Zrobiono to za pomocą powszechnie ostatnio stosowanej metody CRISP-Cas9 (to temat na osobny wpis).

Geny, które dodano

W zasadzie usunięcie genów kodujących trzy antygeny cukrowe powinno wystarczyć, żeby nerka świni mogła być przeszczepiona człowiekowi, ale układ odpornościowy człowieka może zawsze w obcej tkance rozpoznać coś, czego nie jesteśmy w stanie przewidzieć.  Dlatego świnia-dawca została zmodyfikowana poprzez wstawienie siedmiu ludzkich genów. Były to m.in. geny kodujące białka hamujące stan zapalny, aktywację układu krzepnięcia krwi i aktywację układu odpornościowego.

Wirusy, które unieszkodliwiono

Aby zminimalizować możliwość aktywacji wirusów, których DNA może być obecne w przeszczepianym narządzie, usunięto 59 sekwencji kodujących sekwencje wirusowe. Były to przeważnie fragmenty DNA kodujące świńskie retrowirusy endogenne (porcine endogenous retroviruses, PERV). Podobnie jak u człowieka, są to wirusy RNA, które dzięki enzymowi o nazwie odwrotna transkryptaza mają zdolność do przepisywania informacji genetycznej z RNA na DNA, który następnie zostaje włączony do genomu gospodarza. Takie wirusy miliony lat infekowały komórki rozrodcze ssaków, a dziś ich sekwencje stanowią kilka procent genomu. Świnie mają co najmniej 50 rodzajów sekwencji PERV; można je podzielić na trzy grupy: PERV-A, B i C. Wiadomo, że wirusy PERV-A i B mogą zakażać ludzkie komórki. Większość z tych sekwencji jest nieaktywna, ale niektóre mogą kodować wirusy zdolne do zakażania, zwłaszcza w sytuacji, kiedy narząd świni znajdzie się w organizmie innego gatunku. Może też mieć miejsce rekombinacja dwóch nieaktywnych sekwencji, czego skutkiem może być aktywny wirus. Dlatego korzystając ze wspomnianej  technologii CRISP-Cas9  z genomu świni usunięto sekwencje PERV (Ryc. 4).

Ryc. 4. Cykl życiowy endogennnych świńskich wirusów (PERV). Według: Łopata K. et al., Fr. Microbiol. 2018, 9: 730. Licencja CC BY 4.0.

Co dalej? Miejmy nadzieję, że nic złego się nie przydarzy i pacjent z przeszczepioną nerką świni przeżyje jeszcze wiele lat. Jeżeli tak się stanie, będzie to prawdziwy przełom w transplantologii.

Literatura dodatkowa

Pierwszy przeszczep świńskiej nerki

https://www.nature.com/articles/d41586-024-00879-y

https://www.nature.com/articles/s41586-023-06594-4

Śmierć pacjenta z przeszczepionym sercem świni

https://www.technologyreview.com/2022/05/04/1051725/xenotransplant-patient-died-received-heart-infected-with-pig-virus/

Antygen Galα1→3Gal

https://phmd.pl/resources/html/article/details?id=51663&language=en

Kwas sjalowy

https://www.mdpi.com/2218-273X/11/6/831

Świńskie wirusy endogenne

https://www.frontiersin.org/journals/microbiology/articles/10.3389/fmicb.2018.00730/full

      Dlaczego nie mamy ogona?

      Wszyscy wiemy, że ludzie nie mają ogonów. Nie jest to do końca prawdą: w czasie życia płodowego mamy ogon, który zanika mniej więcej w ósmym tygodniu. Jego pozostałość to kość guziczna (ogonowa), która jest połączeniem zrośniętych kręgów ogona (zazwyczaj czterech). Nie ma ogona też u naszych najbliższych krewnych: szympansów, goryli, orangutanów i gibonów. Dlaczego u tych gatunków ogony zniknęły? Niedawno ukazała się publikacja, w której wyjaśniono jak to się stało.

      Gen brachyury czyli TBXT

      Pierwszą badaczką, która zwróciła uwagę na możliwość zaniknięcia ogona u zwierząt, które go mają, była urodzona w Kijowie Nadia Dobrowolska-Zawadska (1878-1954, Ryc. 1). Studiowała medycynę w Sankt Petersburgu, a w czasie I wojny światowej była lekarką w armii carskiej (później w armii Piotra Wrangla). Od 1921 r. pracowała w Instytucie Pasteura w Paryżu. Badała tam wpływ naświetlania promieniami Roentgena na układ kostny myszy, i w 1927 r. udało jej się otrzymać szczep myszy pozbawionych ogona. Podejrzewała, że myszy te mają mutacje w genie odpowiedzialnym za kształtowanie się ogona w czasie życia płodowego. Obecność dwóch kopii takiego genu była śmiertelna, ale jedna kopia powodowała, że ogona nie było. Nazwała tę cechę brachyury (z greckiego: krótki ogon).

      Ryc. 1. Nadia Dobrowolska-Zawadska.  Źródło: Wikipedia, domena publiczna.

      Sekwencja genu odpowiedzialnego za brak ogona została poznana w 1990 r. Wykazano wtedy, że koduje on czynnik transkrypcyjny, czyli białko, które wiążąc się do określonej sekwencji DNA w genie reguluje transkrypcję tego genu (czyli przepisanie na mRNA). Nazywany początkowo genem T (od tail, czyli ogon), obecnie nosi nazwę TBXT i wchodzi w skład rodziny genów T. U człowieka jest 15 genów należących do tej rodziny. Większość z nich koduje białka regulujące kształtowanie się narządów w czasie rozwoju płodowego.

      Homologi (czyli odpowiedniki) genu TBXT występują u wszystkich zwierząt dwubocznie symetrycznych, gdzie wpływają na transkrypcję genów regulujących powstawanie mezodermy, która jest jednym z trzech podstawowych listków zarodkowych, czyli zespołów komórek powstających w czasie rozwoju zarodkowego.

      Sekwencje Alu w genie TBXT, czyli co stało się u przodków człekokształtnych?

      Autorzy publikacji znaleźli w ludzkim genie TBXT dwie sekwencje Alu. Nie było to nic nadzwyczajnego. Sekwencje Alu (nazywane tak od enzymu restrykcyjnego, które je rozpoznaje) to krótkie fragment DNA (długość ok. 300 par zasad), które mogą wbudowywać się w dowolnych miejscach naszego DNA. Sekwencje takie jak Alu nazywane sią transpozonami albo skaczącymi genami. W ludzkim genomie jest ok. miliona sekwencji Alu. Jeżeli jest ich tak dużo, to dlaczego odegrały tak dużą rolę akurat w genie TBXT?

      Tu krótkie wyjaśnienie: większość eukariotycznych genów składa się z sekwencji kodujących białka nazywanych eksonami, i sekwencji, które nie kodują białek (są to introny). Po transkrypcji introny zostają usunięte w ramach procesu nazywanego splajsingiem. Zdarza się niekiedy, że w czasie tego procesu niektóre eksony mogą być pominięte: takie zjawisko nazywamy alternatywnym splajsingiem. Skutkiem jest powstanie różnych białek: takich, które zawierają sekwencje kodowane przez dany ekson (lub eksony), i takich, które tych sekwencji nie zawierają.

      W ludzkim genie TBXT (a także w jego odpowiedniku u szympansa, goryla, orangutana i gibona) obecne są dwie sekwencje Alu: jedną, o nazwie AluS, znaleziono także u pozostałych małp. Druga, o nazwie AluY, jest jedynie u wymienionych wyżej małp bez ogona. Obie te sekwencje znajdują się w intronach po dwóch stronach eksonu 6. Ich obecność powoduje, że w czasie splajsingu kompleks zwany splajsosomem może wyciąć ekson 6 wraz z okalającymi go intronami, lub też może go nie wyciąć. Powstają w ten sposób dwie formy białka TBXT: jedna zawiera sekwencję kodowaną przez ekson 6, a druga nie. Jest to właśnie alternatywny splajsing (Ryc. 2).

      Ryc. 2. Schemat alternatywnego splajsingu w genie TBXT u człowieka. Eksony w kolorze niebieskim, sekwencje Alu w czerwonym. Gen TBXT składa się z 8 eksonów, pokazano tylko eksony 4-7. Według: Konkel MK et al., Nature 2024, 626: 958, zmodyfikowane.

      Czy obie formy są potrzebne? Wydaje się, że tak. Autorzy publikacji wykazali, że u myszy z usuniętym eksonem 6 (czyli u takich, u których wszystkie białka TBXT nie zawierają sekwencji kodowanej przez ekson 6) powstają wady rozwojowe cewy nerwowej. Są to wrodzone wady ośrodkowego układu nerwowego; zalicza się do nich m.in. bezmózgowie, rozszczep kręgosłupa, przepuklinę mózgową i oponową. U człowieka takie zaburzenia występują z częstością 1: 1000 urodzeń.

      Zwierzęta bez ogona

      Małpy nie są jedynymi zwierzętami pozbawionymi ogonów. Na wyspie Man znajdującej się na Morzu Irlandzkim istnieje rasa kotów pozbawionych ogonów, nazywana Manx (Ryc. 3).

      Ryc. 3. Kot z wyspy Man. Źródło: Wikipedia, Michelle Weigold. Licencja CC BY-SA 4.0.

      Również psy niektórych ras, jak np. Welsh Pembroke Corgi nie mają ogonów (Ryc. 4).

      Ryc. 4. Welsh Pembroke Corgi. Źródło: Wikipedia, Marsiyanka. Licencja CC BY-SA 3.0.

      Przeważnie (chociaż nie zawsze) przyczyną takiego braku są mutacje w genie TBXT. Nie jest to jednak związane z obecnością dodatkowych kopii sekwencji Alu, ale z punktowymi mutacjami pojedynczych nukleotydów. Mutacje te powodują, że białko kodowane przez taki gen nie aktywuje właściwych genów w czasie życia płodowego. Cecha braku ogona jest dziedziczona recesywnie; to znaczy, że potrzeba dwóch kopii genu TBXT z mutacjami, żeby ogona nie było.

      Dlaczego przodkowie ludzi i małp człekokształtnych stracili ogony?

      Utrata ogona miała miejsce ok. 25 milionów lat temu, kiedy przodkowie człekokształtnych oddzielili się od przodków dzisiejszych małp ogoniastych (Ryc. 5).

      Ryc. 5. Ewolucja braku ogona u naczelnych. Według: Xia B. et al., The genetic basis of tail-loss evolution in humans and apes, BioRXiv https://doi.org/10.1101/2021.09.14.460388. Licencja CC BY-SA 4.0.

      Nie bardzo wiadomo, dlaczego ogon zaniknął. Istnieje hipoteza, że brak ogona umożliwiał lepsze poruszanie się na dwóch tylnych kończynach, a także przenoszenie większych przedmiotów w kończynach przednich. Być może tak było, ale należy pamiętać, że niewielki zysk w postaci lepszego poruszania się na dwóch nogach jest okupiony kosztem w postaci dość wysokiej częstości wad cewy nerwowej. Ponadto, obserwacje małp z podrodziny kapucynek (np. kapucynka brodata, Sapojus libidinosus) sugerują, że małpy te używają ogona do podpierania się (Ryc. 6). Również roboty wyposażone w coś w rodzaju ogona są bardziej stabilne i mogą nosić większe ciężary. Może więc ogon nie jest jednak wcale taki zły i przydałby się nam i dziś?

      Ryc. 6. Kapucynka brodata używająca kamienia do rozbijania orzechów i podpierająca się ogonem. Autor: Allan Hopkins (https://www.flickr.com/photos/hoppy1951/). Licencja CC BY-NC-ND 2.0.

      Bardziej prawdopodobna jest inna hipoteza. Ok. 25 milionów lat temu we wschodniej Afryce miało miejsce oddzielenie się płyty afrykańskiej od płyt arabskiej i somalijskiej. Powstały wtedy Wielkie Rowy Afrykańskie, a skutkiem były zmiany klimatyczne. Te z kolei powodowały zmianę puszcz w sawanny i izolację niewielkich liczebnie grup zwierząt. Przypadkowa mutacja, niemająca wpływu na przystosowanie do środowiska, mogła w takiej izolowanej populacji rozpowszechnić się w ramach tzw. dryfu genetycznego. Zmiana ta musiała zajść u wspólnego przodka człekokształtnych, bo wszystkie gatunki potomne mają w genie TXBT tak samo ułożone sekwencje Alu. Jeśli to prawda, to można powiedzieć że ogon straciliśmy niejako przypadkiem. A utrata ogona jest jeszcze jednym przykładem sytuacji, w której dryf genetyczny przeważa nad doborem.

      Literatura dodatkowa

      Ruchomy element DNA i brak ogona u ludzi

      https://www.nature.com/articles/d41586-024-00309-z

      Charakterystyka genetyczna krótkoogoniastych zwierząt

      http://acdrutkowscy.pl/files/ciekawostka-11.pdf

      Syrop glukozowo-fruktozowy: cichy zabójca czy czarna legenda?

      Czytając etykiety produktów spożywczych łatwo się przekonać, jak wiele produktów zawiera syrop glukozowo-fruktozowy (high-fructose corn syrup, HFCS; syrop G-F). Dużo się mówi o jego szkodliwości; ukazywały się publikacje dowodzące, że jest głównym winowajcą epidemii otyłości, zespołu metabolicznego i cukrzycy. Ile w tym jest prawdy? Żeby odpowiedzieć na to pytanie, trzeba najpierw wyjaśnić różnice między glukozą i fruktozą.

      Glukoza i fruktoza

      Są to cukry proste zaliczane do heksoz (bo mają 6 atomów węgla). Glukoza jest aldozą, a fruktoza ketozą, co znaczy, że glukoza zawiera grupę aldehydową, a fruktoza ketonową (Ryc. 1).

      Ryc. 1. Glukoza i fruktoza, wzory w projekcji Fishera (A) i Hawortha (B). Źródło: Wikipedia, domena publiczna.

      Różnica w budowie powoduje, że fruktoza jest ok. dwukrotnie słodsza od glukozy. Wiąże się to z różną dostępnością grup hydroksylowych, które we fruktozie bardziej „wystają”, powodując lepsze oddziaływania z receptorami smaku słodkiego (pisałem o nich we wpisie o smaku).

      Chyba wszyscy lubią słodki smak, ale aż do początków ery przemysłowej jedynym dostępnym słodkim pokarmem był miód. Produkcja cukru z trzciny cukrowej była wprawdzie znana już w starożytności, ale roczne spożycie takiego cukru w Europie nie było większe niż 1 łyżeczka na rok. Dopiero na początku XIX wieku rozpoczęła się przemysłowa produkcja cukru, najpierw z trzciny cukrowej, którą uprawiano głównie w Indiach Zachodnich (czyli na wyspach Morza Karaibskiego), a później z buraków cukrowych (to już w Europie). Jaki to był cukier? Sacharoza, czyli α-D-glukopiranozylo-(1→2)-β-D-fruktofuranoza. Nazwa skomplikowana, ale jest to po prostu połączenie glukozy z fruktozą w stosunku 1:1 (Ryc. 2).

      Ryc. 2. Sacharoza. Źródło: Wikipedia, domena publiczna.

      Sacharoza była podstawową substancją używaną do słodzenia aż do lat 70 XX wieku, kiedy opracowano technologię produkcji syropu glukozowo-fruktozowego. Dziś jego spożycie w USA zrównało się ze spożyciem sacharozy. W Europie sacharoza wciąż dominuje.

      Jak powstaje syrop glukozowo-fruktozowy?

      Ze skrobi, czyli polimeru glukozy (Ryc. 3). Głównym źródłem skrobi do produkcji syropu w USA, które są jego największym producentem na świecie, jest kukurydza. W Europie powstaje głównie z pszenicy. Po ok. 40-godzinnym namoczeniu zmielonych ziaren kukurydzy lub pszenicy w temperaturze 50oC następuje mechaniczne rozdzielenie skrobi od białek, a następnie jej enzymatyczna degradacja na podjednostki glukozowe. Powstaje w ten sposób syrop składający się wyłącznie z glukozy, który ma jedną wadę ( z punktu widzenia producenta): jest stosunkowo mało słodki. Dlatego w następnym kroku dodaje się enzym o nazwie izomeraza glukozowa, która przerabia glukozę na fruktozę. W pierwszym etapie procesu powstaje syrop o zawartości fruktozy 42% (HFCS-42). Dodaje się go do większości przetworzonych produktów spożywczych. Zawartość fruktozy może być dalej zwiększona do 90% (za pomocą tego samego enzymu). Taki syrop nie jest jednak stosowany bezpośrednio, ale mieszany z syropem 42%. Powstały w wyniku tego syrop o zawartości 55% (HFCS-55) jest używany do słodzenia napojów.

      Ryc. 3. Podjednostka skrobi: cząsteczki glukozy połączone wiązaniami β1→4. Źródło: Wikipedia, domena publiczna.

      Fruktoza czyli cukier owocowy

      Tak więc syrop glukozowo-fruktozowy to mieszanina glukozy i fruktozy, przy czym fruktozy może być 42% albo 55%. Dla porównania, miód pszczeli składa się z 25 -35% glukozy, 35 – 40% fruktozy, oraz maltozy (dimer glukozy, 2%) i sacharozy (3%). Sacharoza, jak to już było wspomniane, składa się w 50% z glukozy i w 50% z fruktozy. Wszystkie te produkty zawierają glukozę i fruktozę, a różnice w ich wzajemnym stosunku są niewielkie. A jakie mogą być skutki spożywania glukozy i fruktozy? Czy jeden cukier jest „zdrowszy” od drugiego?

      Glukoza jest ważnym paliwem dla naszych komórek i jedynym, z którego może korzystać nasz mózg i czerwone krwinki. Rozkład glukozy (czyli glikoliza) prowadzi do powstania pirogronianu, z którego z kolei powstają dwuwęglowe jednostki. Z nich w ramach cyklu Krebsa otrzymujemy elektrony o wysokiej energii, które służą do produkcji ATP, jedynego nośnika energii dla naszych komórek. Odbiorcą tych elektronów jest tlen; jeżeli jest dostępny, mamy do czynienia z tlenowym rozkładem glukozy. Jeżeli go nie ma (np. w pracujących mięśniach, kiedy naczynia krwionośnie nie mogą go dostarczyć), to powstaje mleczan. Tak więc glukoza może być łatwo i szybko przekształcana w energię przez wszystkie komórki naszego ciała.

      Inaczej ma się rzecz z fruktozą. Jedynym narządem, który może ją efektywnie rozkładać, jest wątroba. Ze względu na to, że rozkład fruktozy omija podstawowy etap regulatorowy glikolizy (katalizowany przez fosfofruktokinazę), fruktoza jest w stanie prawie całkowicie zatrzymać rozkład glukozy w wątrobie. Inaczej mówiąc, jeżeli zjemy taką samą ilość glukozy i fruktozy, to fruktoza ulegnie rozkładowi jako pierwsza. Ponadto, fruktoza spożyta w dużej ilości powoduje „zalanie” szlaków metabolicznych w wątrobie. Skutkiem jest podwyższenie syntezy kwasów tłuszczowych, ich estryfikację (w jej wyniku powstają tłuszcze) i zwiększone wydzielanie cząstek LDL (low-density lipoprotein). Cząstki LDL rozprowadzają tłuszcze i cholesterol po naszym organizmie, ale w nadmiarze mogą odkładać się w naczyniach powodując miażdżycę. LDL to jest właśnie tzw. „zły” cholesterol. Jeżeli stężenie LDL w surowicy wynosi powyżej 135 g/100 ml, to zaleca się jego obniżenie.

      Syrop glukozowo-fruktozowy, słodzone napoje i soki owocowe

      Problemem nie jest więc sam skład syropu glukozowo-fruktozowego, ponieważ sacharoza, którą znamy od lat, zawiera prawie tyle samo fruktozy (czyli ok. 50%). Problem leży gdzie indziej: nasze organizmy nie są przystosowane do spożywania dużej ilości prostych węglowodanów w krótkim czasie. Najwięcej łatwo przyswajalnych prostych węglowodanów jest w słodzonych napojach, chociaż przemysł spożywczy słodzi wszystko co może, nawet ketchupy czy „serki wiejskie”. Popatrzmy na tabelę przedstawiającą zawartość glukozy i fruktozy w szklance napoju:

      Jak widać, szklanka coca-coli zawiera ok 26,5 g węglowodanów (są to dwie stołowe łyżki cukru). Jeżeli jest słodzona sacharozą, to 12,5 g z tego stanowi fruktoza, a jeżeli syropem glukozowo-fruktozowym, to 13,7 g. Tak więc cola słodzona syropem G-F zawiera minimalnie więcej fruktozy niż słodzona sacharozą, ale nie tak dużo więcej: 1,1 g, czyli ok. 1/5 łyżeczki cukru. Nie zmienia to faktu, że fruktozy jest w niej dużo. Za dużo. Ta fruktoza (a także glukoza, której jest prawie tyle samo) bardzo szybko wchłania się w naszym jelicie cienkim i trafia do krwiobiegu. Jeżeli uprawiamy akurat sport, to glukoza zostanie wykorzystana przez mięśnie. Co innego fruktoza: ta w całości trafia do wątroby, która jest w stanie przetworzyć 25 g fruktozy dziennie z wytworzeniem „klasycznych” produktów glikolizy. Mogą one posłużyć do wytwarzania ATP. Każda ilość fruktozy powyżej tej wartości zostaje przetworzona na tłuszcze, rozprowadzane w organizmie przez cząstki LDL. Bardzo podobny mechanizm ma miejsce w wyniku spożywania alkoholu etylowego. Oczywiście fruktoza nie ma jego właściwości wpływających na nasz mózg, ale metabolicznie całkiem go przypomina. Uważa się, że fruktoza (a raczej jej nadmiar) jest główną przyczyną niealkoholowej stłuszczeniowej choroby wątroby (NAFLD), która jest najczęstszą chorobą przewlekłą wątroby, dotykającą nawet 20% populacji krajów rozwiniętych.

      Co z sokami owocowymi?

      Tu jest jeszcze gorzej, ponieważ wprawdzie całkowita zawartość węglowodanów jest minimalnie niższa niż w napojach typu cola (tabela), ale zawartość fruktozy może być nawet wyższa. W szklance soku jabłkowego jest o 20-30% fruktozy więcej niż w coli (16,3 g w soku wobec 13,7 w coli). Dla porównania, 100-gramowe jabłko zawiera ok. 6 g fruktozy.

      W szklance soku pomarańczowego fruktozy jest wprawdzie 10-15% mniej niż w coli, ale to jest nadal bardzo dużo. Tak czy inaczej, dwie szklanki coli (wszystko jedno, czym słodzonej) albo dwie szklanki soku to nasz dobowy limit na „zdrowy” metabolizm fruktozy. Jeżeli spożyjemy jej więcej, nie jest to nic dobrego dla naszego organizmu.

      Wniosek jest następujący: jednym z winowajców w wielu problemach zdrowotnych, które trapią naszą cywilizację (otyłość, zespół metaboliczny, cukrzyca, choroba wieńcowa serca) są oczyszczone proste cukry: glukoza i fruktoza. Z tej pary fruktoza jest gorsza.

      A co z syropem glukozowo-fruktozowym? To raczej czarna legenda. Słodzi się nim zamiast sacharozą, bo jest od niej tańszy. Ale wcale nie jest od niej gorszy, a w porównaniu do soków owocowych może być nawet lepszy, bo te zawierają więcej fruktozy. Ale to wszystko zależy od ilości. Nikomu nie zaszkodzi szklanka soku (czy coli) wypita od czasu do czasu. Ale jeżeli takie napoje wchodzą w skład naszej codziennej diety, to nie jest to nic dobrego dla naszego zdrowia.

      Literatura dodatkowa

      Czym jest, a czym nie jest syrop glukozowo-fruktozowy

      https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0002916523233948

      Zawartość glukozy i fruktozy w napojach

      https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0899900714001920?via%3Dihub

      Skład miodu pszczelego

      https://www.jandonline.org/article/S0002-8223(06)00879-0/fulltext