Internship report and thesis entitled “Diet, microbiota and epigenetics – a dynamic and adjustable triade to explore new treatment approaches”

Abstract

It is known since early days that diet has a strong influence on human physiology, being an important adjustable variable in determining health and disease. More recently, diet-driven gut microbiota changes emerged as a pathway in influencing the host’s physiology, establishing microbiotic metabolites as a key mechanistic link underlying microbiota actions. In connection with these notions, epigenetics has brought new insights to our understanding of how environmental factors influence cellular genetic expression, pinpointing gut microbiota metabolites as one of the relevant factors. Intense efforts have been dedicated to mechanistically establish the links between aberrant epigenetic modifications and disease, and how variations in specific metabolites influence epigenetic agent’s activity. Overall, these studies brought new insights on how specific metabolites shape the epigenetic landscape of cells and organs, highlighting new therapeutic strategies for the use of epigenetic drugs. Here, we review the current knowledge on the effect of diet in shaping microbiotic intestinal populations and how microbiotic metabolites interact with the host. These notions will be instrumental to address the modulatory role of environmental factors, including microbiotic metabolites, on epigenetic changes in health and disease development. Finally, we propose a dynamic diet-microbiota-epigenetics triade as concept of relevance in terms of health and disease, suggesting that targeting specific epigenetic changes via diet constitutes a potential innovating strategy for treatment and disease prevention.

O conhecimento sobre a influência da dieta na fisiologia humana, tanto na saúde como na doença, tem, nos últimos anos, sido alvo de renovado interesse, considerando-se, atualmente, a dieta como uma das variáveis ajustáveis mais importantes em saúde humana. Uma das vias pelas quais a dieta pode influenciar a saúde é a modulação do microbiota intestinal. Estudos recentes mostraram que o microbiota intestinal tem um papel relevante na Biologia humana, incluindo a modulação da expressão genética. Em estreita ligação com estes conceitos, a epigenética trouxe novas perspetivas sobre o conhecimento da ação de fatores ambientais na expressão genética, em que se incluem os metabolitos derivados da microbiota. Assim, nos últimos anos, estudou-se intensamente a relação entre modificações epigenéticas aberrantes e doença, nomeadamente o efeito de flutuações nas concentrações de metabolitos cruciais do microbiota na atividade de moduladores epigenéticos. Destes estudos resultaram conclusões interessantes sobre a ação moduladora de metabolitos específicos e consequente atividade epigenética, os quais podem abrir caminhos novos sobre a utilização de fármacos epigenéticos.Aqui revêm-se os conhecimentos atuais sobre os efeitos moduladores da dieta no microbiota intestinal, com destaque para a ação de metabolitos derivados do microbiota no hospedeiro, como é que os fatores ambientais, incluindo os metabolitos derivados do microbiota intestinal, influenciam a atividade dos agentes epigenéticos e as consequências das alterações epigenéticas no contexto da saúde e da doença.Tendo por base estas relações, formulámos a hipótese da tríade dinâmica dieta-microbiota-epigenética e propomos que a seleção de alvos epigenéticos e modulação da dieta à luz destes constitui uma potencial abordagem inovadora quanto à prevenção e tratamento da doença.