Är tarmbakterier nyckeln till hälsosamt åldrande?
Allt fler nya studier ställer en viktig fråga: Har tarmbakterier nyckeln till hälsosamt åldrande? Ny forskning, som nyligen presenterades vid mötet i Microbiome i London, för oss närmare svaret.
I den forntida myten om Tithonus ber den eponyma huvudpersonen gudarna att leva för evigt men glömmer att kräva evig ungdom.
Även om han fick odödlighet besegrar ålderdomssjukdomarna så småningom Tithonus, och han beklagar bittert sin odödlighet.
Att uppnå livslängd är ett mål som är värt att sträva efter och en ambition som mänskligheten har haft sedan antikens Greklands tider, men myten om Tithonus påminner oss om att ett långt liv har lite värde om det är fylld med sjukdom.
När människans förväntade livslängd ökar, åldras världens befolkning i mycket högre takt. I själva verket uppskattar Förenta nationerna att den äldre befolkningen - det vill säga antalet personer över 60 år - ökar med en hastighet på cirka 3 procent per år.
För närvarande finns det 962 miljoner människor i åldern 60 år och äldre över hela världen, enligt de senaste uppskattningarna. År 2050 beräknas detta antal bli mer än det dubbla, och antalet personer över 80 år förväntas tredubblas.
Ett antal kroniska sjukdomar följer med åldrandet. År 2060 kommer till exempel Alzheimers sjukdomsbörda i USA ha fördubblats, säger Centers for Disease Control and Prevention (CDC).
De förutspår att nästan 14 miljoner människor kommer att ha Alzheimers och andra former av demens då, och forskare arbetar hårt för att förhindra denna och andra åldersrelaterade sjukdomar.
Så frågan ”Hur kan vi leva längre och friskare liv? ” ersätter långsamt den för "Hur kan vi leva längre?" När forskare inleder en strävan efter en längre hälsospan, blir det tydligare att åldrande inte bara är en oundviklig process som helt enkelt ”händer” utan att det finns exakta molekylära mekanismer som reglerar den.
Marina Ezcurra, Ph.D. - en lektor i neurovetenskap vid School of Biological & Chemical Sciences vid Queen Mary University of London i Storbritannien - ägnar sin tid åt att förstå dessa mekanismer.
Hennes forskning fokuserar på hur åldrande och dess relaterade sjukdomar uppträder i en mask som kallas Caenorhabditis elegans. På senare tid har Ezcurra och hennes team undersökt gastrointestinal åldrande och mikrobiomens roll i denna process.
Den 24 oktober 2018 presenterade Ezcurra sin forskning vid London Microbiome Meeting i Storbritannien. I denna Spotlight-funktion rapporterar vi om viktiga uttag från hennes presentation.
Använda en ”mask-bug” för att studera mänsklig åldrande
I sin presentation - med titeln "The worm-bug: a combined model system to study host-microbiome interactions" - introducerade Ezcurra C. elegans som en livskraftig modell för att studera åldrande. C. elegans har en livslängd på bara 2-3 veckor, men när den åldras utvecklar den flera patologier - precis som den mänskliga organismen.
I fallet med C. elegans, alla patologier kommer ner till en enda: gastrointestinal åldrande.
Som Ezcurra förklarade i sitt tal, alla livslängdsökande behandlingar som forskare har tillämpat på C. elegans arbete genom att undertrycka tarmens åldrande.
Använder sig av C. elegans, forskare kan undersöka en mängd åldersrelaterade processer, såsom motståndskraft mot stress, tillväxt, fruktbarhet och livslängd. Experter har också använt C. elegans som en modell för flera mänskliga sjukdomar, såsom Alzheimers.
Ezcurra citerar befintlig forskning som såg C. elegans matas med Escherichia coli. När masken matar sig på bakterier skapade forskarna cirka 4000 mutantstammar av E coli, var och en med en specifik gen borttagen. Sedan matade laget C. elegans var och en av dessa stammar och undersökte effekterna.
Senior studieförfattare Meng Wang - som är docent i molekylär och human genetik vid Baylor College of Medicine i Houston, TX - rapporterade om resultaten och sa: ”Vi matade C. elegans varje enskild mutantbakterie och tittade sedan på maskarnas livslängd. ”
”Av de nästan 4 000 bakteriener som vi testade ökade 29 maskarna livslängd när de raderades. Tolv av dessa bakteriemutanter skyddade också maskarna från tumörtillväxt och ackumulering av amyloid-beta, ett kännetecken för Alzheimers sjukdom hos människor. ”
Meng Wang
Forskarna fann också att en bakteriemutant överproducerade ett ämne som kallades kolansyra; denna förening ökade livslängden genom att stimulera aktiviteten i mitokondrier, de så kallade kraftcellerna i cellen, som är ansvariga för att förvandla näringsämnen till energi.
Bekämpar åldrande med ett diabetesläkemedel
I sitt föredrag nämnde Ezcurra ytterligare ett exempel på framgångsrik forskning om C. elegans som visade effekterna av mikrobiomet på åldringsprocessen. Denna studie involverade det vanliga diabetesläkemedlet metformin.
Metformin är för närvarande världens mest receptbelagda diabetesläkemedel. Tidigare forskning har visat att den orala medicinen inte bara minskar blodsockernivån utan också minskar risken för cancer.
Forskare fann att läkemedlet kan fördröja åldrande hos möss och C. elegans. Metformin testas för närvarande i kliniska prövningar som en potentiell behandling mot åldrande och åldringsrelaterade sjukdomar.
Som forskaren förklarade i sitt samtal betyder det att metformin potentiellt kan rikta in sig på flera åldersrelaterade kroniska sjukdomar samtidigt. Metformin kan kanske inte bara rikta sig mot diabetes utan också cancer och Alzheimers patologier.
Det intressanta med metformins effekter är att de fördröjer åldrandet genom bakterie. Studier i C. elegans som Ezcurra citerade har visat att metformins livslängdseffekter inte fungerar i frånvaro av bakterier.
Specifikt påverkar metformin folatbakteriemetabolismen, förklarade Ezcurra, vilket i sin tur utlöser en kedjereaktion som slutar med aktiveringen av en molekylär väg som är känd för att reglera åldrande.
Kombinerande E coli med C. elegans
Ezcurras egen forskning försöker kombinera två modellorganismer - E coli och C. elegans - att studera hur bakterier förmedlar åldringsprocessen.
Tidigare studier har retat ut mikrobiomet av C. elegans, och andra har koloniserat tarmen av C. elegans med E coli OP50 och märkte några intressanta effekter. Bakteriestammen hade positiva effekter på reproduktion, immunitet och organismens respons på stress.
Så undrade Ezcurra och hennes kollegor om det finns några andra effekter som OP50 har på åldrandet. Experiment utförda i hennes laboratorium avslöjade att tillsats av antibiotika till maskar koloniserade med E coli OP50 förbättrar tarmens åldrande. Att torka bort bakterietillväxt försenade tarmens atrofi som tenderar att hända med åldern i C. elegans.
Forskarna hittade också två bakteriestammar från C. elegans mikrobiom som minskar tarmens åldrande. Därför fann forskningen att anti-aging-effekter också kan uppnås utan att bakterietillväxt utplånas, men genom att göra tvärtom: kolonisera tarmen med specifika bakteriestammar.
Ett annat experiment som utfördes i Ezcurras laboratorium använde en tidigare etablerad modell för mänsklig sjukdom som användes C. elegans för att återskapa åldersrelaterad muskelförlamning. Forskarna analyserade effekterna av en ”cocktail” av 14 olika bakteriestammar som utgör det experimentella mikrobiomet.
De fann att denna experimentella cocktail starkt undertryckte åldersinducerad förlamning. Medierna extraherade från det experimentella mikrobiomet hade också samma positiva effekt.
Tarmbakterier och människors åldrande: Vad händer nu?
I framtiden syftar Ezcurras team till att se om det kan kolonisera C. elegans med humana bakteriestammar för att studera effekterna på åldrande och hälsospan.
Forskaren fick nyligen finansiering från Wellcome Trust för att använda enkla humana mikrobiomer - som bakterier som har en positiv hälsoeffekt och bakterier som påverkar hälsan negativt - och studera deras effekter i C. elegans.
Med hjälp av avbildning i realtid hoppas forskarna att få reda på de molekylära mekanismer som ligger till grund för interaktionerna mellan värden och mikrobiomet, liksom deras effekter på åldringsprocessen.
"Nästa steg för min forskning," berättade Ezcurra Medicinska nyheter idag, “Är att använda C. elegans att ställa specifika frågor om mikrobiomets roll i människors hälsa. ”
"Det finns många, många studier som visar att det finns kopplingar mellan mikrobiomet och sjukdomar, såsom psykiatriska sjukdomar, neurodegenerativa sjukdomar, fetma, diabetes etc., men vi förstår inte vad som är orsaken och [vad är] effekten."
"Det finns ett verkligt behov av att räkna ut det exakta sambandet mellan mikrobiomsammansättningen och sjukdomen", fortsatte hon. "Vilka mikrobiella stammar bidrar till hälsa och sjukdom, och ännu viktigare, hur bidrar dessa stammar till hälsan?"
"Det blir tydligt att mikrobiomdiversitet är viktigt för människors hälsa", tillade Ezcurra. "Många faktorer bidrar till mikrobiomdiversitet, som kost och livsstil, och när vi blir gamla upplever vi vanligtvis en förlust i mångfald."
”Genom att bättre förstå kopplingarna mellan näring, mikrobiom och hälsa kan vi förstå hur äldre kan upprätthålla sin mikrobiom, och också hjälpa dem direkt genom att använda pre- och probiotiska strategier. Detta skulle hjälpa oss att åldras på ett bättre sätt och upprätthålla hälsa och livskvalitet i ålderdomen utan droger eller kirurgi. ”
Marina Ezcurra, Ph.D.
