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 w swojej najnowszej publikacji naukowej.

W czasopiśmie „Nutrients” ukazała się nowa publikacja prof. Carstena Carlberga, ERA Chair w projekcie WELCOME2 w Instytucie Rozrodu Zwierząt i Badań Żywności PAN, zatytułowana „Vitamin D in the Context of Evolution”. „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” się 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.

Jak witamina D stała się witaminą?

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 witamina D mogła 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^oN 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.

Badania prof. Carlberga

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.

Prof. Carlberg jest światowej klasy biochemikiem, który przez ponad 30 lat swojej kariery badawczej skupiał się na witaminie D. Niedawno osiągnął H-index 60 na platformie Publons, która umożliwia naukowcom śledzenie, weryfikację i prezentację swoich recenzji naukowych i wkładów redakcyjnych do czasopism naukowych. Prof. Carlberg ma już 265 publikacji na Publons, które były cytowane prawie 12 000 razy.

Prof. Carlberg dołączył do Instytutu Rozrodu Zwierząt i Badań Żywności PAN w marcu 2022r. 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. Więcej o projekcie ERA Chair WELCOME2 można przeczytać tutaj.