Kan tarmmikrobiomet låsa upp hemligheten med åldrande?
En ny studie har visat hur tarmmikrobioten hos äldre möss kan främja neural tillväxt hos unga möss, vilket leder till lovande utveckling i framtida behandlingar.
Forskare föreslår att tarmbakterier kan driva den neurologiska åldringsprocessen.Forskargruppen, baserad vid Nanyang Technological University (NTU) i Singapore, överförde tarmmikrobioten hos äldre möss till tarmen hos yngre möss med mindre utvecklad tarmfauna.
Detta resulterade i förbättrad neurogenes (neurontillväxt) i hjärnan och förändrat åldrande, vilket tyder på att det symbiotiska förhållandet mellan bakterier och deras värd kan ha betydande fördelar för hälsan.
De senaste 20 åren har sett en signifikant ökning av mängden forskning om förhållandet mellan värden och bakterierna som lever i eller på den. Resultaten av dessa studier har etablerat en viktig roll för detta förhållande i näring, ämnesomsättning och beteende.
Medicinska samhället hoppas att dessa senaste resultat kan leda till utveckling av livsmedelsbaserad behandling för att bromsa åldrandet.
I denna studie försökte forskargruppen att avslöja de funktionella egenskaperna hos tarmmikrobioten hos en åldrande värd. Forskarna transplanterade tarmmikrobiota från gamla eller unga möss till unga, bakteriefria musmottagare.
Resultaten visas i tidskriften Vetenskaplig translationell medicin.
Vad innebar forskningen?
Tarmmikrobiomet förändras när värden åldras, och för att undersöka hur det utvecklas transplanterade forskargruppen tarmmikrobiomet från 24 månader gamla möss till unga 6 veckor gamla, bakteriefria möss.
Professor Sven Pettersson vid NTU Lee Kong Chian School of Medicine ledde teamet.
Efter åtta veckor observerade professor Pettersson och kollegor ökad tarmtillväxt och ökad neurogenes i mössens hjärna.
För att kontrollera experimentet överförde teamet tarmmikrobiomet hos unga möss till bakteriefria möss i samma ålder. Forskarna observerade inte samma effekter som de såg hos mössen som fick tarmmikrobiomet från äldre möss.
Teamet genomförde också molekylär analys av gnagare och fann att de hade ökade nivåer av butyrat. Butyrat är en kortkedjig fettsyra som tarmmikrober producerar.
Butyrat är fördelaktigt för hälsan och kan skydda mot sjukdomar, såsom inflammatorisk tarmsjukdom, kolorektal cancer, fetma och diabetes.
Anrikningen av vissa tarmmikrober och ökad bakteriell fermentering av dietfibrer i tjocktarmen ledde till dessa ökade nivåer av butyrat. I sin tur stimulerade ökade butyratnivåer produktionen av pro-livslångt hormon FGF21.
FGF21 är en fibroblasttillväxtfaktor som spelar en viktig roll för att reglera ämnesomsättningen. Ökade nivåer av FGF21 var också associerade med ökad AMPK- och SIRT-1-aktivitet och minskad mTOR-signalering.
Detta är viktigt eftersom ökad AMPK leder till ökat upptag av kortkedjiga fettsyror under cellulär metabolism. SIRT-1 reglerar också homeostas och kan skydda mot en mängd mänskliga störningar.
Minskad mTOR kan skydda mot cancer hos människor och olika inflammatoriska sjukdomar.
Forskarna fortsatte med att utforska effekten av tarmmikrobiometransplantationer på mössens matsmältningsorgan.
Normal åldring av tarmvävnad minskar tarmcellernas livskraft. Detta har samband med minskad slemproduktion, vilket kan leda till ökad cellskada och dödsfall.
Forskarna fann att transplantation av mikrobiomet hos äldre möss till yngre möss ledde till en ökning av villiens längd och bredd, som är små strukturer som utgör tarmens vägg.
Mössen som hade fått mikrobiomet från de äldre mössen hade också en längre kolon och en längre tunntarm än kontrollgruppen som hade fått mikrobiomet från andra unga möss.
Forskarna gav också de unga bakteriefria mössen butyrat i sig och observerade att det ledde till liknande ökningar av neurogenes och tarmtillväxt.
Hur har dessa resultat mottagits?
Forskare från hela världen har reagerat på dessa resultat. Dr Dario Riccardo Valenzano, gruppledare vid Max Planck Institute for Biology of Aging i Tyskland, säger: "Dessa resultat är spännande och väcker flera nya öppna frågor för både biologi av åldrande och mikrobiomforskning."
Några av dessa frågor, säger Dr. Valenzano, inkluderar "om det finns ett aktivt förvärv av butyratproducerande mikrober under mössens liv och om extrem åldring leder till förlust av denna grundläggande mikrobiella gemenskap, som eventuellt kan vara ansvarig för dysbios och ålders- relaterade dysfunktioner. ”
Dessutom säger professor Brian Kennedy, chef för Center for Healthy Ageing vid National University of Singapore, "Det är spännande att mikrobiomet hos ett äldre djur kan främja ungdomliga fenotyper hos en ung mottagare."
"Detta tyder på att mikrobiota med åldrande har modifierats för att kompensera för ackumulerande underskott hos värden och leder till frågan om mikrobiomet från ett ungt djur skulle ha större eller mindre effekter på en ung värd."
"Resultaten flyttar fram vår förståelse för förhållandet mellan mikrobiomet och dess värd under åldrande och sätter scenen för utvecklingen av mikrobiomerelaterade interventioner för att främja hälsosam livslängd."
Prof. Brian Kennedy
Konsekvenser för framtida behandlingar
Dessa resultat är mycket lovande för framtida framsteg i behandlingen av sjukdomar associerade med åldrande, såsom neurogenerativa störningar.
De föreslår att sammansättningen av tarmmikrobiota och dynamik är ålderskänslig och att svaret på mikrobiella ledtrådar i det tidiga livet skiljer sig avsevärt från det senare livet.
Resultaten antyder att tarmmikrobioten hos äldre värdar med metabolisk homeostas kan stödja värdhälsan. Däremot kan tarmmikrobiomet inducera inflammatoriska vägar hos vuxna med typ 2-diabetes.
Begränsningar till denna studie inkluderar det faktum att mikrobiomer kan förändras under studiens gång, även under kontrollerade experiment, som de som presenteras här.
Det är också möjligt att andra mikrobiella metaboliter och cellulära vägar har en roll att spela, men forskare undersökte inte dessa i denna studie.