Migracje ludzi i zmiany stylu życia sprawiły, że witamina D3 stała się witaminą

Kiedy organizmy nauczyły się syntetyzować witaminę D? Jak zmieniały się jej funkcje w trakcie ewolucji i jak wpłynęło to na cały gatunek Homo sapiens? Na te pytania odpowiada prof. Carsten Carlberg z Instytutu Rozrodu Zwierząt i Badań Żywności PAN (IRZiŻ PAN) w najnowszej publikacji naukowej w czasopiśmie "Nutrients". O wynikach badań poinformował olsztyński instytut.

"Kariera" witaminy D zaczęła się już 1,2 mld lat temu, kiedy to eukarionty (organizmy posiadające jądro komórkowe) wykształciły zdolność syntezy steroli (a więc i witaminy D). W swojej publikacji prof. Carlberg wyjaśnia, jak w toku ewolucji - w tym ewolucji Homo sapiens - rola witaminy D zmieniała się w czasie i "ustabilizowała" stosunkowo niedawno.

Witamina D na krzywicę

Dopiero 100 lat temu witamina D została nazwana "witaminą", gdyż jej podawanie było w stanie wyleczyć eksperymentalnie wywołaną krzywicę u psów i szczurów. Krzywica jest także zaburzeniem rozwojowym u dzieci, a wiele badań wiązało witaminę D z homeostazą wapnia i przebudową kości. Szybko okazało się, że jest to tylko jeden z wielu procesów kontrolowanych przez ten mikroelement - inne obejmują m.in. detoksykację, metabolizm energetyczny i wrodzoną odporność. Naukowcy wskazują także na możliwą rolę witaminy D w rozjaśnianiu skóry wśród migrujących ludów, szczególnie w populacjach europejskich.

Ewolucja to podstawowy proces odpowiadający za rozwój biologiczny wszystkich organizmów żywych. Nie ma na Ziemi zwierząt czy roślin, których nie obejmowałyby prawa ewolucji - a tym samym, które nie przystosowywały się do zmian środowiskowych. W pracy prof. Carlberga czytamy, że jedną z takich adaptacji był rozwój receptora witaminy D (VDR), a także białek transportowych i enzymów metabolizmu witaminy D około 550 mln lat temu.

Początkowo witamina D regulowała procesy fizjologiczne, z których pierwszymi były detoksykacja i metabolizm energetyczny. W ten sposób mogła ona modulować energochłonne procesy wrodzonego układu odpornościowego w jego walce z mikrobami. W swojej najnowszej pracy prof. Carlberg wspomina, że około 400 mln lat temu gatunki opuściły ocean i zostały wystawione na działanie grawitacji. Witamina D przejęła dodatkową rolę głównego regulatora homeostazy wapnia, który jest niezbędny dla stabilnego szkieletu.

- W swoim ewolucyjnym pochodzeniu z Afryki Wschodniej, gatunek Homo sapiens był każdego dnia przez cały rok narażony na rozległe promieniowanie UV-B, które indukowało wystarczającą syntezę witaminy D3. Dlatego w ciągu ponad 200 000 lat ludzie przyzwyczaili się do stale wysokiego statusu witaminy D, wynoszącego 100 nM 25(OH)D3 lub więcej. W ciągu ostatnich 50-75 000 lat migracja w kierunku regionów o szerokości geograficznej powyżej 37 stopnia szerokości geograficznej północnej pozwoliła im doświadczyć sezonowych zmian w ekspozycji na Słońce i okresów roku, w których witamina D3 nie może być produkowana endogennie – czytamy w publikacji prof. Carlberga.

W wyniku rewolucji przemysłowej ludzie przystosowali się do miejskiego stylu życia z dominującą pracą i aktywnością w pomieszczeniach. Te czynniki – niska produkcja witaminy D w zimie i spędzanie mniejszej ilości czasu na zewnątrz – często prowadziły do niedoboru witaminy D w krajach uprzemysłowionych. Na przykład w XIX wieku krzywica była powszechna wśród dzieci w Anglii, a niedobory witaminy D zwiększały ryzyko zachorowań na gruźlicę w wielu krajach. W opublikowanej pracy prof. Carlberg wnioskuje, że to nie ewolucja, a migracje ludzi i zmiany stylu życia sprawiły, że witamina D3 stała się witaminą.

Całkiem niedawno – w skali ewolucyjnej – zmiany w stylu życia człowieka spowodowały zmniejszenie endogennej produkcji witaminy D3. Na całym świecie problem ten dotyczy ponad miliarda ludzi i powoduje liczne problemy zdrowotne, m.in. zniekształcenia kości i obniżenie sprawności układu odpornościowego.

- Ta praca prof. Carlberga rzuca nowe światło na ewolucyjne mechanizmy, które doprowadziły do wykształcenia receptora VDR, umożliwiając przyswajanie witaminy D. Pokazuje także, że to nie proces ewolucji, a zmiany trybu życia i częste migracje są powodem występujących dzisiaj na całym świecie niedoborów witaminy D, które dotykają większości z nas - podkreślono w informacji prasowej IRZiŻ PAN.

Prof. Carlberg jest biochemikiem, który przez ponad 30 lat pracy skupiał się na witaminie D. Do Instytutu Rozrodu Zwierząt i Badań Żywności PAN dołączył w marcu 2022 r. w ramach europejskiego grantu ERA Chair WELCOME2. Jego głównym zadaniem jest stworzenie zespołu zajmującego się analizą regulacji genów w skali całego genomu człowieka, w szczególności zmian w jego epigenomie. Pomóc ma w tym m.in. opracowanie „cyfrowych bliźniaków”, czyli wirtualnych modeli osób zdrowych i chorych, pozwalających na testowanie in silico (za pomocą symulacji komputerowej) interwencji związanych z doborem diety, aktywnością fizyczną i stosowaniem leków. Działania te będą stanowiły podstawę Centrum Doskonałości w nutrigenomice, które ma powstać w instytucie.