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Efecto de un patrón de alimentación mediterránea sobre los perfiles metabolómicos asociados a salud metabólica y microbiota intestinal. Estudios de biomarcadores mediante una aproximación metabolómica no dirigida por resonancia magnética nuclear

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Universitat de Barcelona. Departament de Nutrició, Ciències de l'Alimentació i Gastronomia

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[spa]  Cambios en el estilo de vida como la dieta y la actividad física proporcionan beneficios a nivel metabólico frente a factores de riesgo cardiovascular como la obesidad y la diabetes. La aplicación de la metabolómica en estudios de estilo de vida saludable permite profundizar en el conocimiento de los mecanismos moleculares subyacentes, así como en la identificación de biomarcadores que describan estos mecanismos asociados. El objetivo principal de la presente tesis doctoral fue identificar biomarcadores relacionados con factores de riesgo cardiovascular y el estudio de los perfiles metabolómicos asociados a un patrón de alimentación mediterránea mediante el empleo de una aproximación metabolómica no dirigida basada en resonancia magnética nuclear. Para la identificación de biomarcadores y perfiles metabólicos relacionados con un factor de riesgo cardiovascular se caracterizó primero la huella metabólica asociada a la diabetes mellitus tipo 2 (DM2) mediante la comparación del metaboloma urinario de individuos diabéticos y no diabéticos dentro del estudio PREDIMED. A partir de esta huella se calculó un biomarcador de prevalencia de DM2, el cual estuvo compuesto por altos niveles de ácido metilsuccínico, alanina, dimetilglicina y ácido guanidinoacético, y bajos niveles de glutamina, metilguanidina, y ácidos 3-hidroximandelico e hipúrico. Este biomarcador mostró una alta capacidad para discriminar la DM2, con una elevada sensibilidad y especificidad, siendo incluso superior a la observada por la glucosa. Adicionalmente, se observaron dos fenotipos metabólicos (metabotipos) relacionados con la DM2. Entre estos, el metabotipo con los niveles más altos en orina de fenilalanina, ácido acetoacético, fenilacetilglutamina y p-cresol se caracterizó también por tener los niveles de glucosa plasmática más altos. Referente a los perfiles metabolómicos asociados a un patrón de alimentación mediterránea, se han realizado dos aproximaciones. En la primera aproximación se determinó la huella metabólica y un biomarcador multimetabolito asociados a la alta adherencia a la dieta Mediterránea (DietMed) en individuos del estudio PREDIMED. La huella metabólica asociada a la DietMed estuvo compuesta por 34 metabolitos, incluyendo niveles urinarios bajos de algunos metabolitos de origen endógeno (p.e., glucosa) y niveles altos de otros metabolitos de origen exógeno (food metabolome, p.e., prolina betaína). Mientras tanto, el biomarcador que permitió discriminar entre alta y baja adherencia a la DietMed, con una elevada sensibilidad y especificidad, estuvo compuesto por niveles altos de tres metabolitos de origen microbiano: p-cresol, fenilacetilglutamina y ácido 4-hidroxifenilacético. Este biomarcador mostró además correlaciones significativas con la ingesta de frutas, verduras, legumbres, pescado y fibra dietaria. En cuanto a la segunda aproximación, se determinó el efecto de una intervención en el estilo de vida basada en una DietMed hipocalórica y actividad física sobre el metaboloma plasmático de mujeres obesas metabólicamente sanas y la posterior asociación de los cambios producidos en el metaboloma con la pérdida de peso. Después de 3 meses de estudio, tanto la intervención como la pérdida de peso producida se asociaron con cambios en la composición del metaboloma, incluyendo niveles más altos de fosfocreatina, y ácido fórmico, y niveles más bajos de trimetilamina y fragmentos de colesterol LDL/VLDL. Los resultados derivados de los presentes estudios que componen esta Tesis Doctoral refuerzan la importancia de la metabolómica para la identificación y desarrollo de biomarcadores metabólicos que permitan profundizar en los mecanismos moleculares subyacentes a enfermedades crónicas y estilos de vida saludable, así como en la relación de estos biomarcadores con la prevención, prevalencia y mejora de estas enfermedades.

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[eng]  The main objective of this doctoral thesis was to identify biomarkers related to cardiovascular risk factors and to study the metabolic profiles associated with a Mediterranean dietary pattern through the use of an untargeted metabolomic approach based on nuclear magnetic resonance. For the identification of biomarkers and metabolic profiles related to a cardiovascular risk factor, the metabolic profile associated with type 2 diabetes mellitus (DM2) was first characterized by comparing the urinary metabolome of diabetic and non-diabetic subjects. From this profile, a biomarker of DM2 prevalence was calculated, showing a high capacity to discriminate DM2, even higher than urinary glucose. In addition, one metabolic phenotype related to DM2, characterized by the highest urine levels of phenylalanine, acetoacetic acid, phenylacetylglutamine and p-cresol, and the highest plasma glucose levels, was also observed. Regarding the metabolic profiles associated to a Mediterranean feeding pattern, two approaches have been carried out. First, the metabolic profile and a multimetabolite biomarker associated with high adherence to the Mediterranean diet (DietMed) in individuals at high cardiovascular risk. The metabolic profile associated with DietMed included metabolites from endogenous and exogenous (e.g. food metabolome) origin. Meanwhile, the biomarker of high adherence to DietMed, with high sensitivity and specificity, was composed of high levels of three metabolites of microbial origin: p-cresol, phenylacetylglutamine and 4-hydroxyphenylacetic acid. This biomarker showed significant correlations with the intake of fruits, vegetables, legumes, fish and dietary fiber. In the second approach, the effect of an intervention based on a hypocaloric DietMed diet and physical activity on the plasma metabolome of metabolically healthy obese women, and the further association between the changes produced in the metabolome and the produced weight loss were determined. After 3 months, both the intervention and the weight loss were associated with higher levels of phosphocreatine and formic acid, and lower levels of trimethylamine and LDL/VLDL cholesterol. The current findings reinforce the importance of metabolomics in the identification and development of biomarkers that allow to deepen in the molecular mechanisms underlying chronic diseases and healthy lifestyles, as well as to relate of these biomarkers with the prevention, prevalence and improvement of these diseases.

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Tesis Doctorals - Departament - Nutrició, Ciències de l'Alimentació i Gastronomia

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Efecto de un patrón de alimentación mediterránea sobre los perfiles metabolómicos asociados a salud metabólica y microbiota intestinal. Estudios de biomarcadores mediante una aproximación metabolómica no dirigida por resonancia magnética nuclear