NEON:s webbinarium 2021

Dietary biomarkers for measuring food habits – possibilities and challenges

Den 26-27 april höll NEON i årets digitala seminarium. Föreläsarna kom från flera länder och berättade om sin spännande forskning inom området biomarkörer för att mäta kost. Nutritionistföreningen var förstås med och nedan följer vår sammanfattning av seminariet.

 

M Å N D A G  2 6  A P R I L

Introduction to dietary biomarkers
Lars Ove Dragsted, Professor, University of Copenhagen, Denmark

Att mäta matkonsumtion är inte alltid enkelt och många metoder är bristfälliga. Subjektiva metoder, såsom kosthistorisk intervju, food frequency questionnaire, vägd kostregistrering och 24-timmarsintervju, är tidskrävande, minnesbaserade och leder ofta till systematiska och slumpmässiga fel. På så sätt kan objektiva metoder vara ett bra alternativ, såsom användning av biomarkörer.

Klassificering

Biomarkörer för kost kan klassificeras genom olika modeller, beroende på vad de har för egenskaper. En förenklad modell av en klassificering av biomarkörer består av exponering, mottaglighet (såsom hälsa eller återhämtningsförmåga) och någon typ av effekt. Hos människor kan dessa tre komponenter förändras över tid, vilket gör klassificeringen mer komplex för människor än för andra djur. Det finns även olika typer av dessa komponenter. En exponering kan till exempel vara biologisk eller fysiologisk, medan en effekt kan vara psykologisk, biokemisk eller social. En persons mottaglighet kan också variera, exempelvis om biomarkören används på olika sätt. Ett blodprov som tas på morgonen kommer högst troligt visa helt andra glukosnivåer än ett prov som tas direkt efter en måltid.

Aspekter vid val av biomarkör

En människas kost är komplex och kan vara svår att mäta även med biomarkörer. Den består av olika livsmedelsgrupper men också liknande livsmedel som överlappar varandra i vissa avseenden. Kosten består även av olika måltider, vilka innehåller livsmedelsgrupper, vitaminer, mineraler och makronäringsämnen, som i sin tur utgörs av aminosyror, fettsyror, sockerarter etc. Det finns alltså många aspekter att ta hänsyn till inom ämnet biomarkörer. Det är viktigt att fundera över vad som egentligen mäts och om biomarkören mäter till exempel enbart citrusintag eller fruktintag generellt.

Något annat att tänka på vid val av biomarkör är vilken typ av konsumtion som är avsedd att mätas. Ligger intresset i det senaste intaget av en viss typ av mat, medelintaget av flera livsmedel eller vilken kosthållning som en individs konsumtion speglar och ska det mätas kvantitativt eller kvalitativt, på gruppnivå eller individnivå? Det är också viktigt att fundera över när och hur ofta provet eller proven ska tas, samt om biomarkören täcker en hel livsmedelsgrupp, till exempel kött, eller om det enbart täcker en undergrupp, till exempel rött kött eller fisk.

Metabolomik

Metabolomik är ett sätt att profilera mätbara metaboliter i en biologisk art. Det kan till exempel handla om mätbara metaboliter mindre än 1500 Da och mäts ofta via vätske- eller gaskromatografi time-of-flight eller kärnmagnetisk resonans (NMR). Dessa metoder ger både metaboliter som kroppen själv producerar (endogena) och metaboliter från yttre faktorer (exogena). Metabolomik kan vara specificerad (targeted) eller ospecificerad (untargeted). Ospecificerad metabolomik innebär att ta fram alla metaboliter som spektrometern utläser och kan vara värdefullt att använda sig av för att hitta nya biomarkörämnen. Lars Ove menar dock att specificerad metabolomik är framtiden, dvs. att enbart en viss typ av ämnen eftersöks, till exempel polyfenoler.

Konkreta exempel på hur biomarkörer studeras

Vilka metaboliter vi får i kroppen påverkas av maten vi äter men läkemedel, tillsatser i mat och föroreningar är också exponeringar som kan påverka utfallet av olika metaboliter. Vilka typer av metaboliter som finns i provet beror även på om provet består av serum, urin, avföring eller annat medium.

Prolinbetain (eng. proline betaine) används för att mäta citrus- eller apelsinintag via urin. Det är observerat som en tillförlitlig citrusmarkör i flera studier men verkar också kunna fungera som en markör för fruktintag på gruppnivå, eftersom många ofta äter flera frukter samtidigt. Om en person äter frukt men inte citrus kommer det dock inte ge utslag.

Iso-alfasyror (eng. iso-alpha acids) för att mäta ölkonsumtion. I en studie med fyra grupper med olika volymprocent av alkoholintag, inklusive kontroll, användes markörer för kornbakterier (markör: hordenin, eng. hordenine), humle och jäsning för att mäta intaget av öl. Etylmalat (eng. ethyl malate), som ger utslag på jäsning, verkar fungera som markör även vid konsumtion av alkoholfri öl. Ett annat tillvägagångssätt för att mäta ölintag är via metaboliter från nedbrytning och biotransformation. Det går även att separera effekten av alkohol från effekten av öl, genom att använda PCR.

Biomarkörer har också använts för att klassificera hela kosthållningar. I den nordiska SYSDIET-studien undersöktes följsamheten till två dieter genom att använda biomarkörer för bl.a. rapsolja, fet fisk, fullkorn, grönsaker och fullfeta mejeriprodukter. Deltagarna randomiserades till att äta enligt en hälsosam nordisk kosthållning eller till en kontrolldiet och prover samlades in vid baslinjen, efter 12 veckor och 24 veckor. Gruppen som åt enligt den hälsosamma nordiska dieten, som bestod av fullkorn, frukt, bär, grönsaker, fisk mm., hade som väntat betydligt fler detekterade biomarkörer än den generella kontrolldieten. De såg även att det fanns skillnader i kost beroende på geografiskt område. Till exempel åt människor som bodde vid kusten mer skaldjur.

Sammanfattningsvis är det i dagsläget, genom att korrekt klassificera, validera och kombinera biomarkörer, möjligt att:

• Detektera nyligen konsumerade livsmedel och drycker
• Identifiera felrapportering i kortsiktiga kostmätningar
• Detektera kostbiomarkörer i olika typer av prover (urin, blod, hår mm.)
• Identifiera biomarkörer för livsmedel som har påverkats av mikrobiotan
• Associera specifika biomarkörer med kliniska effekter för att bilda kvalificerade hypoteser

Using fatty acids as biomarkers
Fredrik Rosqvist, Associate professor, Uppsala University, Sweden

Vår fettsyresammansättning i blod och vävnad påverkas av vad vi äter men blir även påverkad av vår endogena metabolism. Vi förlänger och bryter ner fettsyror kontinuerligt, vilket hela tiden ändrar fettets form i kroppen. Processen påverkas av vad vi äter för typ av kolhydrater, vad vi har för genetik, vårt metabola tillstånd och energibalans. I dagsläget finns det ingen biomarkör för att mäta totalt fettintag, utan det som mäts är vanligtvis andelen av olika fettsyror. Essentiella fleromättade fettsyror används för att mäta intag av vegetabiliskt fett, medan EPA och DHA används för att mäta intag av fet fisk. För intag av mejeriprodukter har fettsyror med udda antal kolatomer använts, vilket dock har fått kritik de senaste åren då det även verkar spegla fiberintag. Vilken fettsyra som ska användas beror på kontext och forskningsfråga. Nyligen har mättade fettsyror med långa kedjor, dvs. VLC-SFA, börjat studeras som biomarkörer men det är ännu i startstadiet.

Vilken tidsram som biomarkörer reflekterar beror på metod och vilken typ av biomarkör som används. I observationsstudier antar vi att deltagarna inte har gjort några drastiska förändringar den senaste tiden men vad vi äter påverkar dock snabbt sammansättningen av metaboliter i kroppen. Förändrar vi vår kosthållning kan även vår fettvävnad förändras, vilket kan ske redan efter 14 dagar.

Avslutningsvis, inom området att använda fettsyror som biomarkörer är nästa steg att lära mer om små fettsyror, VLC-SFA och fettsyror med udda antal kolatomer. Fleromättade fettsyror såsom EPA och DHA är användbara biomarkörer och cirkulerande fettsyremarkörer reflekterar intag som konsumerats de senaste veckorna.

Isotope biomarkers of dietary intakes
Gunter Kuhnle, Professor, University of Reading, United Kingdom

Många av atomerna i vår kropp består av stabila isotoper. Genom att mäta dessa isotoper kan vi detektera varifrån de kommer ifrån och därmed vad vi har ätit. För att mäta intag av växtbaserade livsmedel används isotoperna C3 och C4, där C3 reflekterar intag av vete, ris, bönor, grönsaker och de flesta frukter, medan C4 bland annat reflekterar majs och sockerrör. I vissa länder utanför Europa är intag av majs och sockerrör väldigt viktigt och därför är C4 i vissa populationer av stor betydelse.

Högre upp i näringskedjan, förbi vegetabiliska livsmedel, erhålls mer av vissa isotoper. På så sätt kan mängden av olika isotoper avslöja om hela kosthållningar har bestått av vegetabiliska livsmedel eller om det även har konsumerats fisk eller kött. Beroende på om provet som biomarkörerna mäts i är blod, urin eller avföring så kommer mängderna variera, vilket gör det viktigt att välja rätt typ av prov.

I en studie undersöktes om det gick att uppskatta mängden vegetabiliska livsmedel som deltagarna hade konsumerat under en viss tid. Där användes två olika biomarkörer men de kunde inte se någon skillnad och mer forskning behövs inom det området.

Ett annat intressant område är hur intag av specifika ämnen eller livsmedel kan mätas via isotoper. Det är i dagsläget knepigt att avgöra vilket livsmedel som en viss isotop speglar, då flera livsmedel överlappar varandra. I USA används majs ofta i foder till nötkreatur, samtidigt som majssirap är en vanligt förekommande ingrediens i livsmedel. Det gör det svårt att veta om till exempel den mängd kol-13 som detekteras i ett prov kommer från kött, majs eller socker. För att uppskatta konsumtionen av socker i drycker har dock isotopen alanin-kol-13 upptäckts att fungera, särskilt i hårprover.

Sammanfattningsvis är det komplext att använda stabila isotoper som markör för livsmedelskonsumtion. Mängden av en viss isotop kan vara en spegling av konsumtion av olika typer av livsmedel och beror dessutom inte bara på konsumtion, utan även på individuella skillnader i metabolism, samt vilket typ av prov som används.

Urinary sugars as biomarkers for sugar intake
Stina Ramne, Doctoral student, Lund University, Sweden

Huruvida konsumtion av tillsatt socker ökar risken för kardiometabolisk problematik är idag tvetydigt. Bristen på belägg kan delvis vara en följd av inkorrekt mätning av kostintag. Sackaros och fruktos är två sockerarter som kan påvisas i urinen och är viktiga inom detta ämne. Vi kan absorbera små mängder sackaros som inte bryts ned innan det når urinen och intag av fruktos ökar levermetabolismen. Insulin reglerar dock inte cirkulerande sackaros och fruktos, vilket gör att de sockerarterna når urinen ganska orörda. Trots att vi har väldigt små mängder sackaros och fruktos i cirkulation, ca 0,05% av konsumtionen, är mängderna proportionella med vårt intag, vilket gör att de ändå går att använda som markörer. I valideringsstudier har korrelationen varit betydligt högre när sackaros och fruktos har använts för att mäta sockerintag, jämfört med självrapporterat intag (r ≈ 0,84–0,88 vs. 0,21–0,36).

Ofta samlas urin in från ett helt dygn, dvs. 24-h-urinprover, vilket både är krävande för deltagarna och försvårar förvaringen. Det har dock nyligen gjorts studier som visar att enbart ett urinprov per dag kan ge lika bra resultat. I en studie som pågick i 36 månader fick 379 individer starta med en lågenergikost i två månader. Därefter randomiserades de till en låg eller medel glykemiskt-index-kost. Kombinerat med självrapportering samlades urinprov in vid flera tillfällen men var inte 24-h-urinprov. Resultaten indikerade att det fungerade bra trots att de inte samlade in 24-h-urinprov.

Det bästa vore att kombinera metoderna självrapportering och socker i morgonurin. Metoderna har brister men bristerna är helt olika, vilket gör det bra att kombinera dem.

Dietary biomarkers 2.0: from potential towards implementation
Otto Savolainen, Researcher, Chalmers University of Technology in Gothenburg, Sweden

Verktyg som används för att mäta kostintag kan vara inkorrekta och ha flera felkällor. Nuvarande verktyg är inte heller särskilt applicerbara på sjukvårdens rutiner. Metabolomik har resulterat i hundratals potentiella biomarkörer för att mäta kostintag men fokus har legat på att upptäcka dem i stället för att validera dem. Lämpliga tillvägagångssätt för att mäta biomarkörer saknas i dagsläget men det finns potential för att använda dem som standardverktyg om de först valideras.

På Chalmers försöker de etablera en metod för att via endast en mätning kunna uppskatta intaget av mer än 10 livsmedel eller livsmedelsgrupper. De genomför en interventionsstudie för att utvärdera dos-respons-förhållanden för biomarkörer och arbetar även för specificitet och reproducerbarhet av biomarkörer hos individer. De använder en typ av masspektrometri, så kallad LC-MS/MS, för mätning av biomarkörer som reflekterar stora livsmedelsgrupper. Mätningen tar 6,5 min, inkluderar 21 matgrupper i dagsläget och inrymmer 200 prov per dag. Förhoppningen är att en dag kunna implementera en markör för matintag inom vården.

Metabolomics and dietary patterns in the Malmö cohorts
Filip Ottosson, Postdoc, Lund University, Sweden

Med hjälp av metabolomet går det att lära mer om livslängd, sjukdomar och hälsa. Där spelar kosten en stor roll, i och med dess påverkan på just livslängd men även diabetes, hjärt- och kärlsjukdomar och andra sjukdomar.

Via Malmökohorten har kollegor till Filip undersökt metaboliter från hälsosamma kosthållningar för att lära mer om hur sjukdomsrisker kan minskas. Genom att undersöka metabolitmönster skulle det kunna bli möjligt att skräddarsy individuella kostråd och på så sätt minska hälsorisker. De såg att ett visst kostmönster (frukt, grönsaker, fiberrikt bröd, yoghurt med låg fetthalt mm.) påvisade lägre risk för vissa sjukdomar och Filips team ville då titta på eventuella biomarkörer som skulle kunna mäta det kostmönstret. En av biomarkörerna som stack ut är ergotionein, som visades vara kopplad till mindre risk för hjärt- och kärlsjukdomar. Ergotionein finns i svamp och grönsaker och tidigare har föreslagits ha antioxidanta effekter.

Profilering av metabolomik kan användas som ett alternativt mått för hälsosamt matintag och är associerat med lägre risk för framtida risk för diabetes och hjärt- och kärlsjukdomar.

T I S D A G  2 7  A P R I L

Food biomarkers and wastewater-based epidemiology
Phil Choi, Senior scientist, University of Queensland, Australia

Dag två av föreläsningar startades av Phil Choi, senior forskare vid University of Queensland i Australien. Phil pratade om hur avloppsvatten kan användas till epidemiologiska analyser då såväl urin- som avföringsprover kan tas vid reningsverkens inlopp. Tekniken har använts i Australien i 15 år för att analysera kokainhalten i avloppsvattnet och har på senare tid även använts för att mäta förekomsten av covid-19 i befolkningen.

Analysmetoden öppnar även för möjligheten att analysera biomarkörer kopplade till livsmedelskonsumtion. Phil menar att metoden bör användas i större städer med väl fungerande avloppssystem för att analysera konsumtion av livsmedel på större gruppnivå då den utsöndrade biomarkörens massa beräknas per capita. Metoden fungerar med samma princip som analyser av urin, men med vetskapen att nedbrytning kan ske i avloppsvattnet. För att använda metoden krävs därför biomarkörer specifika till mänsklig sekretion, specifika till ett visst livsmedel samt vara stabila i avloppsvatten (inte brytas ned). Som exempel nämndes alkylresorcinols (fullkorn), 4-PY (nedbrytningsprodukt av vitamin B6) och proline betaine (citrus).

Fördelen med användningen av avloppsvatten kontra vanliga urin- och avföringsprover är åtkomsten till större mängd prover, som dessutom inte kräver samma rigida etikprövning då få prover i avloppsvattnet kan kopplas till enskilda individer. Nackdelen ligger givetvis i att individdata saknas.

I sin forskning har Phil och hans forskargrupp i en studie använt sju biomarkörer kopplade till livsmedelskonsumtion som inte bryts ner i avloppsvatten. Därifrån kunde det sammanfattas att de flesta positiva biomarkörer var kopplade till stadsdelar med högre socioekonomisk status. Till exempel så korrelerade högre halter av 2PY (biomarkör för vitamin B3), med stadsdelar med högre hyra, samt enterodiol (fiber) till stadsdelar med högre utbildning. I framtiden tror Phil att denna metod kan användas främst i större städer för att förstå exponeringar och för att övervaka folkhälsan.

Metabolomics-based dietary biomarkers – current status and future opportunities
Lorraine Brennan, Professor, University College Dublin, Ireland

Dagens andra föreläsning hölls av Lorraine Brennan, professor vi University College Dublin, Irland. I sin föreläsning nämnde Lorraine grunden för att hitta nya biomarkörer i livsmedel. Det första steget involverar oftast att använda sig av kontrollerade interventioner för att upptäcka potentiella biomarkörer. När en potentiell biomarkör har identifierats utförs dos-responsstudier för att försäkra sig om att biomarkören följer intaget. Slutligen genomförs flera oberoende studier för att bekräfta den aktuella biomarkören. När biomarkörer har identifierats kan dessa användas för att bland annat mäta följsamhet till dietinterventioner, objektivt mäta kostintag, korrigera självrapporterade data och för att identifiera kosten och dess förhållande till hälsa och sjukdom.

I sin forskning har Lorraine i en kontrollerad interventionsstudie använt proline betaine som markör i urin för att mäta intaget av citrusfrukter. Detta för att ta fram kalibreringsekvationer som kan användas för att estimera citrusintaget hos en större population, där självrapporterade data finns tillgängligt från samtliga medan data från biomarkörer endast finns tillgängligt från en del av populationen. Därmed kan data från biomarkörer och självrapporterade data kombineras för att korrigera värdet för en större population. Enligt Lorraine behövs det biomarkörer från ca 20–30% av populationen för att kunna estimera konsumtion hos resterande del av populationen. Det finns i dagsläget många biomarkörer i litteraturen, men Lorraine menar att de flesta fortfarande är i behov av validering.

Spot urine biomarkers and 24-h diet recalls: validation and measurement error correction
Timm Intemann, Postdoc, Leibniz Institute for Prevention Research and Epidemiology, Germany

Den tredje föreläsningen för dagen hölls av Timm Intemann, postdoc vid Leibniz Institute for Prevention Research and Epidemiology i Tyskland. Timm föreläste om validering av 24-h kostregistrering hos barn och ungdomar med hjälp av biomarkörer i morgonurin. Han menade att 24-h kostregistrering behöver objektiva biomarkörer för att validera studien.

Timm berättade om två av deras studier där de använde biomarkörer för validering. I ena studien mättes summan av sackaros och fruktos som validering för intag av totalt socker efter en 24-h kostregistrering. Timm menar att resultaten stödjer validiteten i 24-h kostregistreringen.

Den andra studien utfördes i ett försök att korrigera associationen i förhållandet mellan natrium:kalium och blodtryck. Här använde gruppen flera analysmetoder som kom fram till varierande resultat vilket leder till att resultaten behöver tolkas med försiktighet. För att få bättre data menar Timm att det behövs en kombination av 24-h kostregistrering och 24-h urinprov.

Nutritional biomarkers in the Swedish national dietary survey “Riksmaten adolescents”
Anna Karin Lindroos, PhD, Risk and benefit assessor, Swedish Food Agency, Sweden

Nästa föreläsare var Anna Karin Lindroos, PhD, risk and benefit assessor vid Livsmedelsverket. Anna Karin berättade om hur biomarkörer används vid en statlig myndighet. Främst används kostundersökningar för att mäta livsmedelskonsumtion i en population. Det görs bland annat för att identifiera riskgrupper med sämre kosthållning och för att utveckla kostråd för befolkningen. Oftast använder sig livsmedelsverket av frågeformulär, men använder även blod och urinprover för att få extra information.

Det finns dock problem med att samla biomarkörer för nationella kostundersökningar för en statlig myndighet. De första problemen är kopplade till svårigheten att få ett representativt urval för hela landet och hur provinsamlingen ska organiseras. Finansiering av provinsamling och analyser är ytterligare ett bekymmer för myndigheten.

Anna Karin berättade även om hur biomarkörer användes vid utvärdering av ungdomars matintag i Riksmaten ungdom. Där deltog ca 3500 ungdomar genom att de fick besvara ett frågeformulär, utförde två 24-h kostregistreringar, bar accelerometer i en vecka samt mätning av läng och vikt. Av dess deltog ungefär 1100 även med icke fastande blod- och urinprov vid ett mättillfälle. Totalt gjordes 93 olika analyser varav sju var kopplade till kosten. Från blodplasman analyserades ferritin, CRP, folat och 25(OH)Vit D som biomarkörer medan natrium, kalium och jod analyserades från urinproven.

Resultaten visade bland annat att över 80% av tjejer i både årskurs 8 och högstadiet hade ett för lågt intag av järn, medan endast 20% respektive 12% av pojkar visade samma resultat. Analyserna visade även att tjejer har ett högre intag av folat än pojkar. Både flickor och pojkar hade för lågt intag av vitamin D och för högt intag av salt. Däremot var intaget av jod tillfredsställande, vilket troligtvis beror på den berikning av jod som finns i Sverige.

I nästa steg planerar livsmedelsverket en ny studie för att undersöka småbarns matvanor (Riksmaten småbarn) där en pilotstudie utförs i dagsläget.

Genetics as objective markers of dietary exposure
Susanna Larsson, Associate professor, Uppsala University, Sweden

Den sista föreläsningen för detta webinar hölls av Susanna Larsson, associate professor vid Uppsala Universitet. Susanna pratade om mendelsk randomisering som ett verktyg för att bedöma orsakssambandet mellan nutrition och sjukdomar.

Susanna resonerade att mendelsk randomisering kan liknas med klinisk randomisering då individerna slumpmässigt tilldelats en viss genotyp vid befruktning. Vissa av dessa genotyper har kopplingar till hälsomarkörer, som i sin tur kan leda till sjukdomar. Ett exempel som Susanna nämnde var en genvariant som ökar serumkalcium, vilket i sin tur är kopplat till förhöjd risk för hjärtinfarkt. Då individer med denna genvariant inte skiljer sig på annat sätt än vad gäller just kalciumnivåerna så kan det därför jämföras med en klinisk randomiserad kontrollstudie där individer tilldelats antingen kalciumtillskott eller placebo.

Susanna tog även upp flertalet vitaminer och mineraler som har associerats med genetiska varianter samt dess koppling till nutrition och sjukdomar. Nämns gör bland annat folat, vitamin B6 och vitamin D. Dessutom har över 800 genetiska loci associerats med olika livsmedel och kostmönster.

Mendelsk randomisering kan användas för att förbättra orsakssambanden inom nutritionsepidemiologi genom att minska confounding, omvänd kausalitet och felklassificering av exponering. Därför anser Susanna att studier med mendelsk randomisering kan komplettera övriga studier inom området livsmedelskonsumtion.