Multimodal phenotyping reveals plant-food-related dietary information in serum Raman spectra of community-dwelling Japanese adults

Decennialang hebben artsen en wetenschappers begrepen dat wat we eten onze langetermijngezondheid vormgeeft. We weten dat een dieet rijk aan groenten, fruit en volkorenproducten het risico op hartziekten en diabetes verlaagt, terwijl diëten met veel bewerkt vlees en suikerhoudende dranken het tegenovergestelde doen. Om dit te meten, gebruiken onderzoekers vaak scoresystemen die bijhouden hoeveel porties gezonde voeding iemand eet versus ongezonde producten. Deze scores geven één getal dat de algehele kwaliteit van iemands dieet vertegenwoordigt. Echter, één enkel getal kan niet het hele verhaal vertellen. Twee mensen kunnen precies dezelfde score hebben, maar deze hebben bereikt door totaal verschillende combinaties van voedingsmiddelen. Bovendien reageren lichamen op unieke manieren, zelfs wanneer mensen hetzelfde eten; de bloedsuikerspiegel van de één kan na een maaltijd pieken, terwijl die van een ander stabiel blijft. De grote vraag voor de moderne wetenschap is hoe we deze subtiele, individuele verschillen in de biologie van het lichaam kunnen waarnemen. We weten dat dieet een spoor achterlaat in ons bloed, maar we leren nog steeds precies waar dat spoor verschijnt en hoe we het kunnen lezen.

Een team onderzoekers in Japan pakte dit puzzelstukje onlangs aan door naar het bloed van bijna vierhonderd volwassenen uit de gemeenschap te kijken. Ze wilden zien of ze specifieke sporen van wat deze mensen gewoonlijk aten, verborgen konden vinden in hun bloedmonsters. Het team verzamelde gedetailleerde gegevens over wat de deelnemers in de loop van de tijd aten en nam vervolgens verse bloedmonsters om drie verschillende soorten tests uit te voeren. Ten eerste voerden ze standaard bloedtesten uit die artsen dagelijks gebruiken om zaken zoals cholesterol- en suikergehaltes te controleren. Ten tweede analyseerden ze het serummetaboloom, een gedetailleerde chemische kaart van de minuscule moleculen die in het bloed zweven als resultaat van de spijsvertering en het metabolisme. Ten derde gebruikten ze een techniek genaamd Raman-spectroscopie. Deze methode schijnt een specifiek type licht op het bloedserum en meet hoe het licht van de moleculen terugkaatst. Het werkt als een moleculaire vingerafdruk, die de chemische samenstelling van het monster onthult zonder dat er kleurstoffen of labels aan toegevoegd hoeven te worden.

De onderzoekers begonnen de deelnemers te groeperen op basis van hun dieetkwaliteitsscores. Ze ontdekten dat mensen met hogere scores, wat wijst op gezondere eetgewoonten, over de afgelopen jaren over het algemeen een betere gezondheidshistorie hadden. Deze individuen hadden minder ziekenhuisopnames en betere waarden bij standaard gezondheidscontroles zoals bloeddruk en nierfunctie. Echter, toen het team keek naar de complexe biologische gegevens van de bloedtests en de chemische kaarten, zagen ze de groepen niet uiteenvallen in duidelijke, afzonderlijke clusters. Met andere woorden: een gezond dieet creëerde geen enkele, voor de hand liggende "gezonde" biologische staat die er compleet anders uitzag dan een "ongezonde" staat. De lichamen van mensen met goede diëten en die met slechtere diëten zagen er verrassend vergelijkbaar uit wanneer ze als geheel werden bekeken, wat suggereert dat dieet het lichaam niet simpelweg in één modus of de andere zet.

Het verhaal veranderde echter toen de onderzoekers zich concentreerden op specifieke voedingsmiddelen in plaats van op de algemene score. Ze stelden een preciezere vraag: konden zij voorspellen hoeveel van een specifiek voedingsmiddel, zoals koffie of een bepaalde groente, iemand at door enkel naar de bloedgegevens te kijken? Ze ontdekten dat de standaard bloedtests en de chemische kaarten dit deels konden voorspellen, maar dat de Raman-spectroscopie een cruciaal onderdeel van de puzzel toevoegde. Voor veel specifieke dieetvariabelen, inclusief koffie en bepaalde plantaardige voedingsstoffen, leverden de lichtverstrooiingspatronen in het bloed extra informatie die de andere tests misten. Dit was bijzonder duidelijk voor bèta-caroteen, een voedingsstof die in oranje en gele groenten wordt gevonden. De Raman-patronen geassocieerd met bèta-caroteen konden direct worden herleid naar specifieke trillingen in de moleculen die kenmerkend zijn voor carotenoïden. Dit bevestigde dat het licht inderdaad de fysieke aanwezigheid van deze plantaardige verbindingen in het bloed oppikte.

Wat deze ontdekking nog significanter maakte, was dat het signaal voor bèta-caroteen geen geïsoleerd evenement was. Dezelfde patronen in het licht die naar bèta-caroteen wezen, kwamen ook overeen met een bredere groep gezonde, plantaardige voedingsmiddelen. Toen de onderzoekers de richting van deze signalen in kaart brachten, ontdekten ze dat groenten, fruit, peulvruchten en de algemene score van een gezond dieet allemaal in dezelfde richting wezen. Omgekeerd wezen de signalen voor minder gezonde zaken, zoals bewerkt vlees en suikerhoudende dranken, in de tegenovergestelde richting. Dit suggereert dat het lichaam een dieet niet opslaat als één enkele "dieetscore". In plaats daarvan is de invloed van voedsel verdeeld over verschillende lagen van de biologie. Sommige aspecten van het dieet zijn zichtbaar in standaard bloedtests, sommige in de chemische kaarten, en sommige worden uniek vastgelegd door de manier waarop licht met het bloed interageert.

De studie concludeert dat ons gebruikelijke dieet in het lichaam niet wordt gerepresenteerd als een enkele, schakelbare staat. In plaats daarvan is het verweven in de biologie als een reeks traceerbare dimensies die verspreid zijn over verschillende soorten metingen. Hoewel een eenvoudige dieetscore mensen misschien niet in twee onderscheidende biologische groepen scheidt, zijn de specifieke details van wat we eten nog steeds aanwezig, wachtend om gevonden te worden als we kijken met de juiste instrumenten. Door standaard medische tests te combineren met geavanceerde lichtscans, kunnen wetenschappers nu een completer beeld krijgen van hoe voeding onze biologie vormgeeft, waarbij ze verder gaan dan eenvoudige scores om de specifieke, traceerbare voetafdrukken van de maaltijden die we eten te begrijpen.