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Nutriomics and Biomarkers

Nutriomics and Biomarkers

The main objective of this line of research, which forms part of the NUTRIBIOSIM research group (Nutridynamics and Bioactives in Metabolic Syndrome), is to identify, characterise and study the biological activity of different natural sources of bioactive compounds (BACs) with therapeutic potential or prevention of obesity and its associated comorbidities.

These BACs are of great interest both for the nutrition industry and the pharmaceutical industry as they could be the basis for the development of new medicines, supplements or functional foods.

The activities in this research area are aimed at research into products with greater efficiency, bioavailability or stability and with fewer side effects than those already known and that can be used in diseases related to obesity and its associated metabolic comorbidities (type II diabetes, cardiovascular disease, fatty liver and others).

To this end,  activity studies of new extracts or molecules in different models (C. elegans, rats/mice, etc.) are developed, with the aim of selecting candidates before they are evaluated in nutritional intervention studies in humans, as well as examining the potential mechanisms involved or their bioavailability.

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Áreas de investigación

El primer objetivo de esta línea de investigación es identificar nuevos biomarcadores, ya sean genéticos (polimorfismos, número de copias), epigenéticos (metilación del ADN), transcriptómicos (expresión de ARNm o microARN), metagenómicos (microbiota intestinal), proteómicos o metabolómicos/lipidómicos. El biomarcador ideal debe proporcionar información diagnóstica, pronóstica y terapéutica adicional a la obtenida a partir de los datos clínicos del paciente.

Aplicaciones
Las principales aplicaciones son las siguientes:

• Pronóstico temprano del desarrollo de la enfermedad.

• Pronóstico de las comorbilidades asociadas a la obesidad.

• Diagnóstico de obesidad o comorbilidades asociadas.

• Pronóstico de respuesta al tratamiento.

• Seguimiento del peso perdido tras una intervención.

• Pronóstico de recurrencia de las comorbilidades asociadas a la obesidad.

En resumen, la identificación de nuevos biomarcadores es importante porque, por un lado, permite determinar la susceptibilidad de un individuo para desarrollar obesidad, diabetes tipo 2 y otros problemas relacionados y, por el otro, permite optimizar el tratamiento mediante la implementación de tratamientos personalizados.

Líneas de investigación
Identificación de biomarcadores bioquímicos, genéticos, epigenéticos, transcriptómicos, proteómicos, metabolómicos y metagenómicos relacionados con el riesgo de desarrollar comorbilidades asociadas con la obesidad y el síndrome metabólico, así como la personalización de la intervención.

  • Nutrigenética (SNPs, variantes de número de copia,…)
  • Nutriepigenética
  • Transcriptómica / Nutrigenómica (mRNA)
  • miRNAómica (miRNA)
  • Metagenómica (microbiota intestinal)
  • Metabolómica / Lipidómica

El segundo objetivo de esta línea de investigación es la identificación, caracterización y estudio de la actividad biológica de diversas fuentes naturales de compuestos bioactivos con aplicación potencial en el tratamiento o la prevención de la obesidad y sus comorbilidades asociadas. Estos compuestos bioactivos son de gran interés tanto para la industria alimentaria como farmacéutica, ya que pueden ser la base para el desarrollo de nuevos suplementos dietéticos o alimentos funcionales. Con este fin, se desarrollan estudios de actividad de nuevos extractos o moléculas en varios modelos (in vitro, C. elegans, rata / ratón, etc.) con el fin de seleccionar candidatos para posterior evaluación en estudios de intervención nutricional en humanos, así como estudiar los posibles mecanismos implicados o su biodisponibilidad.

Aplicaciones
La aplicación principal es:

  • Desarrollo de productos con mayor eficacia, biodisponibilidad o estabilidad y con menos efectos secundarios que los ya conocidos y aplicables en enfermedades relacionadas con la obesidad y sus comorbilidades metabólicas asociadas (resistencia a la insulina, hígado graso no alcohólico, síndrome metabólico, entre otras).

Líneas de investigación

  • Selección de compuestos bioactivos (cultivos celulares, Caenorhabditis elegans, roedores)

  • Estudios de mecanismos de acción.

  • Estudios de eficacia y biodisponibilidad en modelos animales

El tercer objetivo de esta línea es modular la composición de la microbiota intestinal y las marcas epigenéticas de manera personalizada. La ingesta de alimentos y dietas ricas en diversos principios bioactivos (especialmente carbohidratos no digeribles, ciertos tipos de fibra y polifenoles) puede modular la composición de la microbiota intestinal y, por lo tanto, afectar el estado de salud de la población. Además, numerosos compuestos bioactivos y nutrientes, incluyendo vitaminas y minerales, ácidos grasos, fibras y polifenoles, son capaces de modular los mecanismos epigenéticos que regulan la expresión de genes y el metabolismo.

Ambos mecanismos, la microbiota y la epigenética, están asociados con el desarrollo de la enfermedad. Pero ambos son potencialmente reversibles a través de factores nutricionales, por lo que es importante profundizar en los efectos de las dietas, los nutrientes y los compuestos bioactivos a la hora de redirigir el microbioma y el epigenoma hacia un estado más "saludable". El objetivo final es diseñar dietas, ingredientes y alimentos que puedan utilizarse en la prevención o el tratamiento personalizado de la obesidad y sus comorbilidades asociadas.

Esta investigación requiere un enfoque transversal y multidisciplinar, empleando una gran variedad de modelos (desde cultivos celulares a modelos animales y humanos) y tecnologías (especialmente el uso de tecnologías ómicas como microarrays y secuenciación de nueva generación), así como complejos análisis bioinformáticos y estadísticos.

Aplicaciones
La aplicación principal es:

  • Desarrollo de ingredientes alimentarios y combinaciones con actividad beneficiosa sobre la composición de microbiota intestinal y las marcas epigenéticas.

Líneas de investigación

  • Investigación de los factores dietéticos y de estilo de vida que alteran el eje intestino-hígado-cerebro, incluyendo la permeabilidad intestinal y la inflamación de bajo grado, y el estudio de los efectos moduladores de los compuestos dietéticos y los alimentos sobre la composición de la microbiota intestinal.

  • Análisis de las interacciones gen-ambiente que convergen en el eje metabolismo-epigenoma-genoma, y ​​estudio de los cambios epigenéticos inducidos por la ingesta de diferentes dietas, alimentos y compuestos bioactivos en diversos tipos celulares.

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Proyectos

Referencia: PC127-128 METANOB

 

Entidad Financiadora: Departamento de Universidad, Innovación y Transformación Digital. Gobierno de Navarra. Ayudas a Centros tecnológicos y Organismos de investigación para la realización de proyectos de I+D colaborativos (convocatoria 2020).

Financiación: 171.760,50 €

Investigador principal: Dr. Carlos J. González Navarro/Dr. Juan M. Irache.

Consorcio: UNIVERSIDAD DE NAVARRA (Centro de Investigación en Nutrición) y Centro Nacional de Tecnología y Seguridad Alimentaria (CNTA).

 

Duración: 2020-2021

 

Resumen:

La obesidad es un serio problema de salud pública que ha alcanzado proporciones epidémicas en muchos países y cuyos costes derivados tanto sanitarios como sociales son muy significativos. Así, la identificación y caracterización de nuevos compuestos bioactivos de origen natural (CBAs) que puedan ser añadidos a alimentos o administrados como nutracéuticos es de gran interés para limitar y, en cierta medida, contrarrestar los efectos indeseables asociados a la obesidad y el sobrepeso. Sin embargo, una de las barreras para validar in vivo los efectos demostrados in vitro es su baja biodisponibilidad oral debido a sus características fisicoquímicas y su importante metabolismo presistémico.

Este proyecto pretende generar una prueba de concepto que permita utilizar algunos de los metabolitos generados por la microbiota del colon a partir de CBAs descritos por la bibliografía en forma (nano)encapsulada para mejorar su absorción, limitar la variabilidad en su biodisponibilidad y evitar modificaciones metabólicas secundarias que puedan disminuir su eficacia.

Referencia: MICROLIVER

 

Entidad Financiadora: Departamento de Universidad, Innovación y Transformación Digital. Gobierno de Navarra. Ayudas a Centros tecnológicos y Organismos de investigación para la realización de proyectos de I+D colaborativos (convocatoria 2020).

Financiación: 408.589,75 €             

Investigador principal: Fermín Milagro

 

Consorcio: UNAV, UPNA.

 

Duración: 2020-2022

 

Resumen: El presente proyecto persigue, por una parte, propiciar un avance disruptivo en el estudio del microbioma a través del diseño de una cápsula no invasiva (por vía oral) que permita la toma de muestra en diversas zonas del tracto gastrointestinal. En segundo lugar, este proyecto apuesta por el desarrollo de nuevas terapias para la enfermedad de hígado graso no alcohólico a través de la administración de probióticos encapsulados.

Los trabajos se encuadran en tres tareas principales:

1 - Desarrollo de un dispositivo para la toma de muestra en diversas localizaciones del tracto gastrointestinal

2 - Estudio de los efectos de una combinación de probióticos sobre un modelo de hígado graso en roedores

3 - Estudio de los efectos de los probióticos sobre un modelo de hígado graso en minipigs y validación del dispositivo para la toma de muestra

Se estudiarán los efectos del tratamiento con probióticos sobre la microbiota y el metaboloma en el modelo porcino de hígado graso y se validará el dispositivo de toma de muestras de materia intestinal en una situación patológica muy común en humanos.

Una de las principales aportaciones de este proyecto radica en el diseño de un novedoso dispositivo que podrá aplicarse en humanos para avanzar en la terapia de enfermedades relacionas con la disbiosis intestinal (obesidad, diabetes, Crohn, celiaquía, intolerancias, alergias, enfermedades hepáticas, cardiovasculares y neurológicas, cáncer colorrectal, cirugías, etc).

Referencia: 2021-11

Entidad Financiadora: Nutricia Research Foundation (41155715).

Financiación: 29.355 €

Investigador principal: Paula Aranaz

Duración: Noviembre 2020 - Octubre 2021

Resumen del proyecto:

El presente proyecto pretende identificar, a través de diferentes tecnologías ómicas (metagenómica, metabolómica y lipidómica), metabolitos de origen microbiano en plasma de individuos con y sin obesidad que podría estar asociada con el desarrollo de la diferentes complicaciones de la enfermedad, como la adiposidad visceral, dislipidemia, resistencia a la insulina, o procesos inflamatorios, entre otros. La posible actividad postbiótica de los metabolitos se evaluarán in vitro (cultivos celulares) e in vivo (C. elegans). El estudio pretende proporcionar nuevos conocimientos sobre mecanismos mediante los cuales los microorganismos intestinales pueden participar en el control del peso corporal y la adiposidad, y abrir la puerta a nuevas terapias enfoques.

Referencia: 0011-1411-2018-00026/00030/00032/00033/00034/00040

Entidad Financiadora: Departamento de Desarrollo Económico. Gobierno de Navarra. Ayudas para la realización de proyectos estratégicos de I+D 2018-2020. Reto 4. ALPES I. Alimentación Personalizada y Sostenible.

Investigador principal: Dr. Fermín I. Milagro Yoldi.

Consorcio: INDUSTRIAS ALIMENTARIAS DE NAVARRA, S.A. (líder), ISANATUR, ACEITES URZANTE, ULTRACONGELADOS VIRTO, Centro Nacional de Tecnología y Seguridad Alimentaria (CNTA) y UNIVERSIDAD DE NAVARRA (Centro de Investigación en Nutrición, Grupo de investigación en alimentos y Servicio de Genómica de CIMA LAB.

Duración: 2018-2020.

Este proyecto, con una duración de cerca de tres años y un presupuesto de 1,7 millones de euros, se basa en la hipótesis de que la ingesta de determinados alimentos ricos en diversos principios activos puede modular la microbiota y, con ello, mejorar el estado de salud de la población.

Todas las entidades del consorcio comparten la visión de que la alimentación orientada a la salud puede proporcionar oportunidades de diferenciación y creación de valor. En esta línea, este proyecto proporcionará información científica que permitirá a los participantes abordar nuevas líneas de negocio (gamas de productos especializadas, producción de ingredientes y extractos) y nuevos productos (alimentos enriquecidos, extractos vegetales) enfocados a la mejora de la salud a través de la alimentación.

Además, este proyecto permitirá establecer sinergias entre los participantes que podrán ser explotadas en el futuro, afianzando la colaboración entre el tejido empresarial y el sistema científico-tecnológico de Navarra.

Reference: RTI2018-102205-B-I00

Title: Mechanisms by which gut microbiota prevents obesity risk: postbiotics and miRNAs of microbial and food origin

Fundingbody: Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades. Proyectos de Investigación Fundamental no orientada.

Lead researchers: Dr. Fermín I. MilagroYoldi and Dr. José Ignacio RiezuBoj

Duration: 2019-2021.

The objective of the project, which has obtained a total grant of 120,000 euros for the period 2019-21, is to study the role that gut microbiota plays in the regulation of energy metabolism, both through the metabolites produced by the microbiota (known as postbiotics) and the miRNAs produced by the microbiota or from food.

Three types of long-term results are expected:

1 - New metagenomic, metabolomic and miRNAomic biomarkers useful in the early detection of people at high risk of obesity and their comorbidities.

2 - New probiotics and postbiotics that can contribute to weight control and body fat.

3 - miRNAs of food origin, bacterial or eukaryotic, which could lead to new therapeutic targets for the treatment of obesity.

Reference: 0011-1411-2019-000008/000013/000031/000038/000068/000075/00000083

Title: Uso de la biotecnología para la obtención de ingredientes y alimentos beneficiosos para la salud

Fundingbody: Departamento de Desarrollo Económico. Gobierno de Navarra. Ayudas para la realización de proyectos estratégicos de I+D 2019-2021. Reto 7. SIBERIA I. Soluciones innovadoras en biotecnología para energía, retos sanitarios, industria y agroalimentación.

Lead researcher: Dr. Fermín I. MilagroYoldi.

Consorcio: BIOSASUN, S.A. (líder), BROTALIA, GARUNKOOK, INBIOLEV, NUCAPS, Centro Nacional de Tecnología y Seguridad Alimentaria (CNTA) y UNIVERSIDAD DE NAVARRA (Centro de Investigación en Nutrición, Grupo de investigación UNAV-NANOVAC, y Servicio de Genómica de CIMA LAB).

Duration: 2019-2021.

This project, with a duration of about three years and a budget of 0.8 million euros, is based on the hypothesis that the intake of fermented foods and some microbiota-related compounds are able to improve the state of health of the population.

The general objective of the project is to generate knowledge about the influence of gut microbiota-related ingredients (probiotics and postbiotics) and fermented foods obtained from bioprocesses on human health.

This project will be the engine of innovative ideas that allow the Navarra’s industry to compete with more guarantees in a market as competitive as that of biotechnology applied to health challenges and agri-food.

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Equipo investigador

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Más información

Diseño de kits e índices (scores) relacionados con el diagnóstico y pronóstico de estados fisiológicos relacionados con el estado inflamatorio, la obesidad, la calidad nutricional (o la adherencia a una dieta) y la predisposición a enfermedades metabólicas. Asimismo, diseño de kits para la personalización de las estrategias terapéuticas.

  • Kits de diagnóstico y pronóstico.

  • Kits de respuesta o adherencia a la dieta.

 

Identificación de nuevos compuestos bioactivos útiles en el control del peso corporal y la prevención de la obesidad y los trastornos metabólicos:

• Capaces de reducir o retrasar la digestión y absorción de macronutrientes.

• Con propiedades antioxidantes y antiinflamatorias.

• Con actividad lipolítica, que afecta directamente la liberación de ácidos grasos del tejido adiposo.

• Con acción inhibitoria sobre la adipogénesis, evitando la creación de nuevo tejido adiposo y su hipertrofia.

• Capaces de aumentar el gasto energético, el metabolismo basal, la termogénesis y el pardeamiento del tejido adiposo.

 

Identificación de nuevos compuestos bioactivos, combinación de alimentos y patrones dietéticos:

• Capaces de revertir los estados disbióticos asociados con la obesidad y las alteraciones metabólicas.

• Capaces de modular las alteraciones epigenéticas que están involucradas en la memoria metabólica o se observan comúnmente en la obesidad y sus complicaciones.