Matematisk modellering för individanpassad kost
- Diarienummer
- FID17-0020
- Start- och slutdatum
- 190101-231231
- Beviljat belopp
- 2 500 000 kr
- Förvaltande organisation
- Fraunhofer-Chalmers Centre
- Forskningsområde
- Livsvetenskaperna
Summary
In this PhD-project, mixed effects dynamical systems modelling will be applied on metabolomics and gut microbiota data from controlled dietary intervention studies. This will let us identify groups of individuals with specific metabolic phenotypes and predictive biomarkers of such groups to help guide towards personalized diets. Another key aspect is to develop and extend mathematical methods to model dynamic changes in metabolic risk factors as a function of the metabolome and other determinants. This will enhance our understanding of individual variation in dynamic metabolic responses to dietary intakes and how this affects cardiometabolic risk. We will A) quantify individual dynamic metabolome responses to different foods in a short-term post-prandial setting and use this to identify biomarkers of differential response patterns related to cardiometabolic risk factors. B) Quantify individual dynamic metabolome profiles in long-term dietary interventions with the aim to understand how individual differences in response patterns in metabolome and hormones are related to long-term treatment effects on established cardiometabolic risk factors. C) Predict individual glucose tolerance kinetics as a function of phenotype, gut microbiota and diet. Our vision is that developed tools within 10 y can be used to facilitate personalized dietary advice for improved prevention of non-communicable diseases as well as result in tailored foods for groups of individuals with similar needs.
Populärvetenskaplig beskrivning
Enligt WHO beror över 60% av globala dödsfall på kroniska sjukdomar (non-communicable diseases, NCD), såsom hjärtkärlsjukdom, diabetes och cancer, med kost som en av de viktigaste riskfaktorerna. En förbättrad global hälsa är ett av FNs 17 globala hållbarhetsmål där dödstalen i NCD ska minska med 30% fram till 2030. Beräkningar visar att förbättrad kost kan minska samhällskostnader i Sverige med upp till 18 miljarder kronor, vilket utgör ett starkt incitament för att förbättra matvanorna. Trots befintlig kunskap om kostens betydelse för hälsa, äter upp till 9 av 10 konsumenter inte i enlighet med officiella kostråd. Att individualisera kostråd kan vara ett effektivt sätt att få individer att äta bättre utifrån fysiologi och hälsostatus, men även för att öka motivationen att förändra kosten. Ett paradigmskifte mot individanpassade råd kräver dock metoder för att avgöra hur en effektiv individanpassning bör ske. Detta har hittills baserats på genomik, vilket ännu inte visat sig effektivt. Däremot har både tarmflora och andra miljöfaktorer nyligen visat sig ha stor betydelse för hur olika individer på specifik kost. Vi kommer att använda metabolomik, d.v.s. kartläggning av lågmolekylära föreningar i biologiska prover, för att dela in individer i metabola fenotyper. Denna teknik har ännu inte används som utgångspunkt för individanpassade kost, där en utmaning ligger i att hantera och analysera biologiska ”big data”. Genom att överföra och vidareutveckla dataanalysmetoder från t.ex. farmakometri och precisionsmedicin kan vi påskynda utvecklingen inom nutrition, med stor potential att få fram effektivare preventiva åtgärder mot NCD. Matematisk modellering av metabolomik- och mikrobiomdata från genomförda kostinterventionsstudier kommer att utföras i nära samarbete mellan livsmedelsvetenskap på Chalmers och Fraunhofer-Chalmers Center. Detta gör att vi kan identifiera grupper av individer med likartad metabol fenotyp, vilket senare kan användas som grund för individualiserade kostråd. Vi kommer också att utveckla matematiska metoder för att undersöka hur dynamiska förändringar i metabola riskfaktorer relaterar till metabolom för att bättre förstå individuell variation i hur kost påverkar riskfaktorer för NCD. Vår vision är att inom 10 år ha nya, användbara metoder för individualiserad kost som ett led i mer effektiv, evidensbaserad prevention av kroniska sjukdomar och nya skräddarsydda livsmedel anpassade för grupper av individer med olika behov på marknaden.