Kan tarmmikrobiomet låse op for aldringens hemmeligheder?
En ny undersøgelse har vist, hvordan tarmmikrobiota hos ældre mus kan fremme neural vækst hos unge mus, hvilket fører til lovende udvikling i fremtidige behandlinger.
Forskningsgruppen, der er baseret på Nanyang Technological University (NTU) i Singapore, overførte tarmmikrobiota af ældre mus i tarmen hos yngre mus med mindre udviklet tarmfauna.
Dette resulterede i forbedret neurogenese (neuronvækst) i hjernen og ændret aldring, hvilket antyder, at det symbiotiske forhold mellem bakterier og deres vært kan have betydelige fordele for helbredet.
De sidste 20 år har været en markant stigning i forskningen i forholdet mellem værten og de bakterier, der lever i eller på den. Resultaterne af disse undersøgelser har etableret en vigtig rolle for dette forhold i ernæring, stofskifte og adfærd.
Det medicinske samfund håber, at disse seneste resultater kan føre til udvikling af madbaseret behandling for at hjælpe med at bremse aldringsprocessen.
I denne undersøgelse forsøgte forskergruppen at afdække de funktionelle egenskaber ved tarmmikrobiota hos en aldrende vært. Forskerne transplanterede tarmmikrobiota fra gamle eller unge mus til unge, kimfrie musemodtagere.
Resultaterne vises i tidsskriftet Science Translational Medicine.
Hvad involverede forskningen?
Tarmmikrobiomet ændres, når værten ældes, og for at undersøge, hvordan det udvikler sig, transplanterede forskergruppen tarmmikrobiomet fra 24 måneder gamle mus til unge 6 uger gamle, kimfrie mus.
Professor Sven Pettersson ved NTU Lee Kong Chian School of Medicine ledede holdet.
Efter 8 uger observerede professor Pettersson og kolleger øget tarmvækst og øget neurogenese i musens hjerne.
For at kontrollere eksperimentet overførte holdet tarmmikrobiomet fra unge mus til kimfrie mus i samme alder. Forskerne observerede ikke de samme virkninger, som de så hos musene, der modtog tarmmikrobiomet fra ældre mus.
Holdet gennemførte også molekylær analyse på gnavere og fandt, at de havde øgede niveauer af butyrat. Butyrat er en kortkædet fedtsyre, som tarmmikrober producerer.
Butyrat er gavnligt for helbredet og kan beskytte mod sygdomme, såsom inflammatorisk tarmsygdom, kolorektal cancer, fedme og diabetes.
Berigelsen af visse tarmmikrober og øget bakteriel gæring af diætfibre i tyktarmen førte til disse øgede niveauer af butyrat. Til gengæld stimulerede øgede butyratniveauer produktionen af pro-levetid hormon FGF21.
FGF21 er en fibroblastvækstfaktor, der spiller en vigtig rolle i reguleringen af stofskiftet. Øgede niveauer af FGF21 var også forbundet med øget AMPK- og SIRT-1-aktivitet og reduceret mTOR-signalering.
Dette er vigtigt, fordi øget AMPK fører til øget optagelse af kortkædede fedtsyrer under cellulær metabolisme. SIRT-1 regulerer også homeostase og kan beskytte mod en række menneskelige lidelser.
Reduceret mTOR kan beskytte mod kræft hos mennesker og forskellige inflammatoriske sygdomme.
Forskerne fortsatte med at undersøge effekten af tarmmikrobiometransplantationer på musens fordøjelseskanaler.
Normal ældning af tarmvæv reducerer tarmcellernes levedygtighed. Dette har tilknytning til reduceret slimproduktion, hvilket kan føre til øget celleskade og død.
Forskerne fandt, at transplantation af mikrobiomet fra ældre mus til yngre mus førte til en stigning i villiens længde og bredde, som er små strukturer, der udgør tarmvæggen.
Musene, der havde modtaget mikrobiomet fra de ældre mus, havde også en længere tyktarm og en længere tyndtarm end kontrolgruppen, der havde modtaget mikrobiomet fra andre unge mus.
Forskerne gav også de unge kimfrie mus butyrat i sig selv og observerede, at det førte til lignende stigninger i neurogenese og tarmvækst.
Hvordan er disse resultater modtaget?
Forskere fra hele verden har reageret på disse resultater. Dr. Dario Riccardo Valenzano, gruppeleder ved Max Planck Institute for Biology of Aging i Tyskland, siger: "Disse resultater er spændende og rejser flere nye åbne spørgsmål til både aldringsbiologi og mikrobiomforskning."
Nogle af disse spørgsmål, siger Dr. Valenzano, inkluderer “om der er en aktiv erhvervelse af butyratproducerende mikrober i musernes liv, og om ekstrem aldring fører til et tab af dette grundlæggende mikrobielle samfund, som eventuelt kan være ansvarlig for dysbiose og alders- relaterede dysfunktioner. ”
Derudover siger professor Brian Kennedy, direktør for Center for Sund aldring ved National University of Singapore, "Det er spændende, at et ældres dyrs mikrobiom kan fremme ungdommelige fænotyper hos en ung modtager."
”Dette antyder, at mikrobiota med aldring er blevet ændret for at kompensere for de akkumulerende underskud hos værten og fører til spørgsmålet om, hvorvidt mikrobiomet fra et ungt dyr ville have større eller mindre indvirkning på en ung vært.”
"Resultaterne fremmer vores forståelse af forholdet mellem mikrobiomet og dets vært under aldring og sætter scenen for udviklingen af mikrobiomerelaterede interventioner for at fremme sund levetid."
Prof. Brian Kennedy
Implikationer for fremtidige behandlinger
Disse resultater er meget lovende for fremtidig progression i behandlingen af sygdomme forbundet med aldring, såsom neurogenerative lidelser.
De antyder, at sammensætningen af tarmmikrobiota og dynamik er aldersfølsom, og at responsen på mikrobielle signaler i det tidlige liv adskiller sig markant fra det senere liv.
Resultaterne antyder, at tarmmikrobiota hos ældre værter med metabolisk homeostase kan understøtte værtssundhed. I modsætning hertil kan tarmmikrobiomet inducere inflammatoriske veje hos voksne med type 2-diabetes.
Begrænsninger til denne undersøgelse inkluderer det faktum, at mikrobiomer kan ændre sig i løbet af undersøgelsen, selv under kontrollerede eksperimenter, som dem der præsenteres her.
Det er også muligt, at andre mikrobielle metabolitter og cellulære veje har en rolle at spille, men forskere undersøgte ikke disse i denne undersøgelse.
