Czy mikrobiom jelitowy może odkryć sekrety starzenia?
Nowe badanie wykazało, w jaki sposób mikroflora jelitowa starszych myszy może promować wzrost neuronowy u młodych myszy, co prowadzi do obiecujących postępów w przyszłych metodach leczenia.
Grupa badawcza z siedzibą w Nanyang Technological University (NTU) w Singapurze przeniosła mikrobiotę jelitową starszych myszy do jelit młodszych myszy z mniej rozwiniętą fauną jelitową.
Doprowadziło to do wzmożonej neurogenezy (wzrostu neuronów) w mózgu i zmienionego procesu starzenia, co sugeruje, że symbiotyczny związek między bakteriami a ich żywicielem może mieć znaczące korzyści dla zdrowia.
W ciągu ostatnich 20 lat odnotowano znaczny wzrost liczby badań dotyczących związku między żywicielem a bakteriami, które w nim żyją. Wyniki tych badań potwierdziły ważną rolę tego związku w żywieniu, metabolizmie i zachowaniu.
Społeczność medyczna ma nadzieję, że te najnowsze wyniki mogą doprowadzić do opracowania leczenia opartego na żywności, aby spowolnić proces starzenia.
W tym badaniu zespół badawczy próbował odkryć cechy funkcjonalne mikroflory jelitowej starzejącego się żywiciela. Naukowcy przeszczepili mikroflorę jelitową starych lub młodych myszy młodym, wolnym od zarazków biorcom.
Odkrycia pojawiają się w czasopiśmie Science Translational Medicine.
Na czym polegały te badania?
Mikrobiom jelitowy zmienia się wraz ze starzeniem się gospodarza i aby zbadać, jak ewoluuje, zespół badawczy przeszczepił mikrobiom jelitowy z 24-miesięcznych myszy do młodych 6-tygodniowych myszy wolnych od zarazków.
Zespołem kierował profesor Sven Pettersson z NTU Lee Kong Chian School of Medicine.
Po 8 tygodniach prof. Pettersson i współpracownicy zaobserwowali zwiększony wzrost jelit i zwiększoną neurogenezę w mózgu myszy.
Aby kontrolować eksperyment, zespół przeniósł mikrobiom jelitowy młodych myszy na wolne od zarazków myszy w tym samym wieku. Naukowcy nie zaobserwowali takich samych efektów, jakie widzieli u myszy, które otrzymały mikrobiom jelitowy od starszych myszy.
Zespół przeprowadził również analizę molekularną gryzoni i odkrył, że mają one podwyższony poziom maślanu. Maślan to krótkołańcuchowy kwas tłuszczowy wytwarzany przez drobnoustroje jelitowe.
Maślan jest korzystny dla zdrowia i może chronić przed chorobami, takimi jak nieswoiste zapalenie jelit, rak jelita grubego, otyłość i cukrzyca.
Wzbogacenie niektórych drobnoustrojów jelitowych i zwiększona fermentacja bakteryjna błonnika pokarmowego w okrężnicy doprowadziły do podwyższonych poziomów maślanu. Z kolei zwiększony poziom maślanu stymulował produkcję hormonu sprzyjającego długowieczności FGF21.
FGF21 jest czynnikiem wzrostu fibroblastów, który odgrywa ważną rolę w regulacji metabolizmu. Podwyższone poziomy FGF21 były również związane ze zwiększoną aktywnością AMPK i SIRT-1 oraz zmniejszoną sygnalizacją mTOR.
Jest to ważne, ponieważ zwiększony AMPK prowadzi do zwiększonego wchłaniania krótkołańcuchowych kwasów tłuszczowych podczas metabolizmu komórkowego. SIRT-1 reguluje również homeostazę i może chronić przed różnymi chorobami człowieka.
Zmniejszony mTOR może chronić przed nowotworami ludzkimi i różnymi chorobami zapalnymi.
Naukowcy przystąpili do zbadania wpływu przeszczepów mikrobiomu jelitowego na przewód pokarmowy myszy.
Normalne starzenie się tkanki jelitowej zmniejsza żywotność komórek jelitowych. Ma to związek ze zmniejszoną produkcją śluzu, co może prowadzić do zwiększonego uszkodzenia i śmierci komórek.
Naukowcy odkryli, że przeszczepianie mikrobiomu starszych myszy młodszym myszom doprowadziło do zwiększenia długości i szerokości kosmków, które są małymi strukturami tworzącymi ścianę jelita.
Myszy, które otrzymały mikrobiom od starszych myszy, miały również dłuższą okrężnicę i dłuższe jelito cienkie niż grupa kontrolna, która otrzymała mikrobiom od innych młodych myszy.
Naukowcy podali również młodym myszom wolny od zarazków maślan samodzielnie i zaobserwowali, że prowadzi to do podobnego wzrostu neurogenezy i wzrostu jelit.
Jak otrzymano te wyniki?
Naukowcy z całego świata zareagowali na te wyniki. Dr Dario Riccardo Valenzano, lider grupy w Max Planck Institute for Biology of Aging w Niemczech, mówi: „Te wyniki są ekscytujące i rodzą kilka nowych otwartych pytań zarówno dla biologii starzenia się, jak i badań nad mikrobiomami”.
Niektóre z tych pytań, mówi dr Valenzano, obejmują „czy w życiu myszy następuje aktywne pozyskiwanie drobnoustrojów wytwarzających maślan i czy ekstremalne starzenie się prowadzi do utraty tej podstawowej społeczności drobnoustrojów, która może ostatecznie być odpowiedzialna za dysbiozę i wiek powiązane dysfunkcje ”.
Ponadto profesor Brian Kennedy, dyrektor Centrum Zdrowego Starzenia na National University of Singapore, mówi: „To intrygujące, że mikrobiom starszego zwierzęcia może promować młodzieńcze fenotypy u młodego odbiorcy”.
„Sugeruje to, że mikrobiota wraz ze starzeniem została zmodyfikowana w celu skompensowania narastających deficytów żywiciela i prowadzi do pytania, czy mikrobiom młodego zwierzęcia miałby większy czy mniejszy wpływ na młodego żywiciela”
„Odkrycia pogłębiają naszą wiedzę na temat relacji między mikrobiomem a jego żywicielem podczas starzenia i przygotowały grunt pod rozwój interwencji związanych z mikrobiomem w celu promowania zdrowej długowieczności”.
Prof. Brian Kennedy
Implikacje dla przyszłych metod leczenia
Wyniki te są bardzo obiecujące dla przyszłych postępów w leczeniu chorób związanych ze starzeniem się, takich jak zaburzenia neurogeneracyjne.
Sugerują, że skład mikrobioty jelitowej i jej dynamika zależą od wieku, a reakcja na bodźce mikrobiologiczne we wczesnym okresie życia znacznie różni się od tej w późniejszym życiu.
Wyniki sugerują, że mikroflora jelitowa starszych żywicieli z homeostazą metaboliczną może wspierać zdrowie gospodarza. Natomiast u osób dorosłych z cukrzycą typu 2 mikrobiom jelitowy może wywoływać szlaki zapalne.
Ograniczenia tego badania obejmują fakt, że mikrobiomy mogą zmieniać się w trakcie badań, nawet w kontrolowanych eksperymentach, takich jak te przedstawione tutaj.
Możliwe jest również, że inne metabolity drobnoustrojów i szlaki komórkowe odgrywają rolę, ale naukowcy nie badali ich w tym badaniu.
