Kan tarmmikrobiomet låse opp aldringens hemmeligheter?
En ny studie har vist hvordan tarmmikrobiota hos eldre mus kan fremme nevral vekst hos unge mus, noe som fører til lovende utvikling i fremtidige behandlinger.
Forskningsgruppen, basert i Nanyang Technological University (NTU) i Singapore, overførte tarmmikrobiota av eldre mus i tarmen til yngre mus med mindre utviklet tarmfauna.
Dette resulterte i forbedret neurogenese (nevronvekst) i hjernen og endret aldring, noe som tyder på at det symbiotiske forholdet mellom bakterier og deres vert kan ha betydelige fordeler for helsen.
De siste 20 årene har det sett en betydelig økning i mengden forskning på forholdet mellom verten og bakteriene som lever i eller på den. Resultatene av disse studiene har etablert en viktig rolle for dette forholdet i ernæring, metabolisme og atferd.
Det medisinske samfunnet håper at disse siste resultatene kan føre til utvikling av matbasert behandling for å redusere aldringsprosessen.
I denne studien forsøkte forskerteamet å avdekke de funksjonelle egenskapene til tarmmikrobiota til en aldrende vert. Forskerne transplanterte tarmmikrobiota fra gamle eller unge mus til unge, bakteriefrie musemottakere.
Funnene vises i journalen Science Translational Medicine.
Hva innebar forskningen?
Tarmmikrobiomet endres når verten eldes, og for å undersøke hvordan det utvikler seg, transplanterte forskerteamet tarmmikrobiomet fra 24 måneder gamle mus til unge 6 uker gamle, bakteriefrie mus.
Professor Sven Pettersson ved NTU Lee Kong Chian School of Medicine ledet teamet.
Etter 8 uker observerte professor Pettersson og kollegaer økt tarmvekst og økt neurogenese i musens hjerne.
For å kontrollere for eksperimentet overførte teamet tarmmikrobiomet til unge mus til bakteriefrie mus i samme alder. Forskerne observerte ikke de samme effektene som de så hos musene som mottok tarmmikrobiomet fra eldre mus.
Teamet gjennomførte også molekylær analyse på gnagere og fant at de hadde økte nivåer av butyrat. Butyrat er en kortkjedet fettsyre som tarmmikrober produserer.
Butyrat er gunstig for helsen og kan beskytte mot sykdommer, som inflammatorisk tarmsykdom, kolorektal kreft, fedme og diabetes.
Berikelsen av visse tarmmikrober og økt bakteriell gjæring av kostfibre i tykktarmen førte til disse økte nivåene av butyrat. I sin tur stimulerte økte butyratnivåer produksjonen av pro-levetid hormonet FGF21.
FGF21 er en fibroblastvekstfaktor som spiller en viktig rolle i reguleringen av stoffskiftet. Økte nivåer av FGF21 var også assosiert med økt AMPK- og SIRT-1-aktivitet og redusert mTOR-signalering.
Dette er viktig fordi økt AMPK fører til økt opptak av kortkjedede fettsyrer under cellulær metabolisme. SIRT-1 regulerer også homeostase og kan beskytte mot en rekke menneskelige lidelser.
Redusert mTOR kan beskytte mot kreft hos mennesker og ulike inflammatoriske sykdommer.
Forskerne fortsatte med å utforske effekten av tarmmikrobiometransplantasjoner på fordøyelseskanalene til musene.
Normal aldring av tarmvev reduserer levedyktigheten til tarmceller. Dette har assosiasjoner med redusert slimproduksjon, noe som kan føre til økt celleskade og død.
Forskerne fant at transplantasjon av mikrobiomet fra eldre mus til yngre mus førte til en økning i lengden og bredden på villi, som er små strukturer som utgjør tarmveggen.
Musene som hadde mottatt mikrobiomet fra de eldre musene, hadde også lengre tykktarm og lengre tynntarm enn kontrollgruppen som hadde mottatt mikrobiomet fra andre unge mus.
Forskerne ga også de unge bakteriefrie musene butyrat av seg selv og observerte at det førte til lignende økninger i neurogenese og tarmvekst.
Hvordan har disse resultatene blitt mottatt?
Forskere fra hele verden har reagert på disse resultatene. Dr. Dario Riccardo Valenzano, gruppeleder ved Max Planck Institute for Biology of Aging i Tyskland, sier: "Disse resultatene er spennende og reiser flere nye åpne spørsmål for både aldringsbiologi og mikrobiomforskning."
Noen av disse spørsmålene, sier Dr. Valenzano, inkluderer "om det er en aktiv anskaffelse av butyratproduserende mikrober i løpet av musenes liv og om ekstrem aldring fører til tap av dette grunnleggende mikrobielle samfunnet, som til slutt kan være ansvarlig for dysbiose og alders- relaterte dysfunksjoner. ”
I tillegg sier professor Brian Kennedy, direktør for senter for sunn aldring ved National University of Singapore, "Det er spennende at mikrobiomet til et eldre dyr kan fremme ungdommelige fenotyper hos en ung mottaker."
"Dette antyder at mikrobiota med aldring er modifisert for å kompensere for akkumulerende underskudd hos verten og fører til spørsmålet om mikrobiomet fra et ungt dyr vil ha større eller mindre effekter på en ung vert."
"Funnene fremmer vår forståelse av forholdet mellom mikrobiomet og dets vert under aldring og setter scenen for utvikling av mikrobiomerelaterte intervensjoner for å fremme sunn levetid."
Prof. Brian Kennedy
Implikasjoner for fremtidige behandlinger
Disse resultatene er svært lovende for fremtidig progresjon i behandlingen av sykdommer forbundet med aldring, slik som nevrogenerative lidelser.
De antyder at sammensetningen av tarmmikrobiota og dynamikk er alderssensitiv, og at responsen på mikrobielle signaler i det tidlige livet skiller seg betydelig fra det i det senere liv.
Resultatene innebærer at tarmmikrobiota fra eldre verter med metabolsk homeostase kan støtte vertshelse. I kontrast, hos voksne med type 2-diabetes, kan tarmmikrobiomet indusere betennelsesveier.
Begrensninger til denne studien inkluderer det faktum at mikrobiomer kan endres i løpet av studien, selv under kontrollerte eksperimenter, som de som presenteres her.
Det er også mulig at andre mikrobielle metabolitter og mobilbaner har en rolle å spille, men forskere undersøkte ikke disse i denne studien.
