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.

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. (PAP)

autor: Agnieszka Libudzka