Чи є кишкові бактерії запорукою здорового старіння?
Все більше останніх досліджень ставлять важливе питання: чи є бактерії кишечника ключовими для здорового старіння? Нові дослідження, нещодавно представлені на Лондонській зустрічі мікробіомів, наближають нас до відповіді.
У стародавньому міфі про Титона однойменний герой просить богів жити вічно, але забуває вимагати вічної молодості.
Незважаючи на те, що він здобув безсмертя, хвороби старості врешті-решт перемагають Титона, і він гірко шкодує про своє безсмертя.
Незважаючи на те, що досягнення довголіття - це мета, яку варто переслідувати, і амбіція, яку людство виховувало ще з часів Стародавньої Греції, міф про Титона нагадує нам, що довге життя не має великої цінності, якщо воно пронизане хворобами.
Зі збільшенням тривалості життя людей світове населення старіє набагато вищими темпами. Насправді, за підрахунками Організації Об'єднаних Націй, кількість людей старшого віку - тобто кількості людей віком від 60 років - збільшується зі швидкістю приблизно 3 відсотки на рік.
В даний час по всій земній кулі живе 962 мільйони людей віком від 60 років. До 2050 року, за прогнозами, ця кількість зросте більш ніж удвічі, а кількість людей віком від 80 років і старше очікується втричі.
Ряд хронічних захворювань супроводжує старіння. Наприклад, до 2060 року тягар хвороби Альцгеймера в США збільшиться вдвічі, стверджують Центри контролю та профілактики захворювань (CDC).
Вони прогнозують, що до цього часу майже 14 мільйонів людей страждають на хворобу Альцгеймера та іншими формами деменції, і дослідники наполегливо працюють над спробами запобігти цьому та іншим віковим захворюванням.
Отже, питання «Як ми можемо жити довше і здоровіше життя? " поступово замінює тему "Як ми можемо жити довше?" Поки вчені починають прагнення до більш тривалого періоду здоров’я, стає все зрозумілішим, що старіння - це не просто неминучий процес, який просто «трапляється», а існують точні молекулярні механізми, які його регулюють.
Марина Езкурра, к.т.н. - викладач неврології в Школі біологічних та хімічних наук Лондонського університету королеви Мері у Великобританії - присвячує свій час розумінню цих механізмів.
Її дослідження зосереджується на тому, як старіння та пов'язані з ним захворювання відбуваються у хробака Caenorhabditis elegans. Зовсім недавно Езкурра та її команда досліджували старіння шлунково-кишкового тракту та роль мікробіома в цьому процесі.
24 жовтня 2018 року Езкурра представила своє дослідження на Лондонській зустрічі мікробіомів у Великобританії. У цій функції Spotlight ми повідомляємо про ключові висновки з її презентації.
Використання «хробака» для вивчення старіння людини
У своїй презентації під назвою «Черв’як-помилка: комбінована модельна система для вивчення взаємодій хазяїн-мікробіом» - Езкурра представила C. elegans як життєздатна модель для вивчення старіння. C. elegans має тривалість життя лише 2–3 тижні, але в міру старіння розвивається кілька патологій - як і людський організм.
Однак у випадку з C. elegans, всі патології зводяться до однієї: старіння шлунково-кишкового тракту.
Як пояснила у своїй доповіді Езкура, усі методи лікування, що збільшують тривалість життя, до яких застосовували вчені C. elegans робота шляхом придушення старіння кишечника.
Використовуючи C. elegans, дослідники можуть вивчити безліч вікових процесів, таких як стійкість до стресів, зростання, плодючість та тривалість життя. Експерти також використовували C. elegans як модель для ряду захворювань людини, таких як хвороба Альцгеймера.
Езкурра цитує існуючі дослідження, які бачили C. elegans годується с Кишкова паличка. Оскільки хробак харчується бактеріями, дослідники створили близько 4000 мутантних штамів Кишкова паличка, кожна зі специфічним геном видалена. Потім команда нагодувала C. elegans кожного з цих штамів і вивчали ефекти.
Старший автор дослідження Менг Ван - доцент молекулярної та людської генетики в Медичному коледжі Бейлора в Х'юстоні, штат Техас - повідомив про результати дослідження, сказавши: «Ми годували C. elegans кожної окремої мутантної бактерії, а потім дивився на тривалість життя глистів ".
“З майже 4000 бактеріальних генів, які ми протестували, 29, видаливши, збільшили тривалість життя глистів. Дванадцять із цих бактеріальних мутантів також захищали глистів від росту пухлини та накопичення амілоїду-бета, характерного для хвороби Альцгеймера у людей ".
Мен Ван
Також дослідники виявили, що один бактеріальний мутант надмірно продукував речовину, що називається колановою кислотою; ця сполука збільшувала довголіття, стимулюючи активність у мітохондріях, так званих електростанціях клітини, які відповідають за перетворення поживних речовин в енергію.
Боротьба зі старінням за допомогою препарату від діабету
У своєму виступі Езкурра згадала ще один приклад успішних досліджень C. elegans який показав вплив мікробіома на процес старіння. У цьому дослідженні брали участь звичайний препарат для лікування діабету метформін.
В даний час метформін є найбільш широко виписуваним у світі препаратом для лікування діабету. Попередні дослідження показали, що пероральний препарат не тільки знижує рівень цукру в крові, але й зменшує ризик раку.
Вчені виявили, що препарат може затримати старіння у мишей і C. elegans. В даний час метформін тестується в клінічних випробуваннях як потенційний засіб проти старіння та захворювань, пов’язаних зі старінням.
Як пояснила дослідник у своїй доповіді, це означає, що метформін потенційно може бути націлений на кілька вікових хронічних захворювань одночасно. Метформін може бути націлений не тільки на діабет, але й на рак та патології Альцгеймера.
Найцікавішим у ефектах метформіну є те, що вони затримують старіння через бактерії. Дослідження в C. elegans що Езкурра цитував, показали, що ефекти метформіну на довголіття не працюють за відсутності бактерій.
Зокрема, метформін впливає на бактеріальний метаболізм фолієвої кислоти, пояснив Езкура, що, в свою чергу, запускає ланцюгову реакцію, яка закінчується активацією молекулярного шляху, що регулює старіння.
Поєднання Кишкова паличка з C. elegans
Власні дослідження Езкурри спрямовані на поєднання двох модельних організмів - Кишкова паличка і C. elegans - вивчити, як бактерії опосередковують процес старіння.
Попередні дослідження показали мікробіом C. elegans, а інші колонізували кишечник C. elegans з Кишкова паличка OP50 і помітив кілька цікавих ефектів. Штам бактерій позитивно впливав на розмноження, імунітет та реакцію організму на стрес.
Тож Езкурра та її колеги задалися питанням, чи є якісь інші додаткові наслідки, які OP50 має на процес старіння. Експерименти, проведені в її лабораторії, показали, що додавання антибіотиків до глистів, колонізованих Кишкова паличка OP50 покращує старіння кишечника. Видалення росту бактерій затримало атрофію кишечника, що, як правило, відбувається з віком в C. elegans.
Крім того, дослідники виявили два штами бактерій з C. elegans мікробіом, що зменшує старіння кишечника. Тому, як виявили дослідження, омолоджуючі ефекти також можна досягти, не знищуючи ріст бактерій, а виконуючи зовсім протилежне: колонізуючи кишечник певними штамами бактерій.
В іншому експерименті, проведеному в лабораторії Езкура, була використана раніше встановлена модель захворювання людини, яка використовувалась C. elegans відтворити віковий параліч м’язів. Дослідники проаналізували вплив "коктейлю" з 14 різних бактеріальних штамів, що складають експериментальний мікробіом.
Вони виявили, що цей експериментальний коктейль сильно пригнічує віковий параліч. Крім того, середовище, витягнуте з експериментального мікробіому, мало такий самий позитивний ефект.
Кишкові бактерії та старіння людини: що далі?
У майбутньому команда Езкурри прагне перевірити, чи зможе вона колонізуватись C. elegans з бактеріальними штамами людини для вивчення впливу на старіння та тривалість здоров’я.
Нещодавно дослідник отримав фінансування від тресту Wellcome Trust для використання простих людських мікробіомів - таких, як бактерії, що мають сприятливий вплив на здоров'я, та бактерій, що негативно впливають на здоров'я - та вивчення їх впливу в C. elegans.
Використовуючи візуалізацію в режимі реального часу, вчені сподіваються розкрити молекулярні механізми, що лежать в основі взаємодії між господарем і мікробіомом, а також їх вплив на процес старіння.
"Наступний крок для мого дослідження", - сказав Езкурра Медичні новини сьогодні, “Це використовувати C. elegans поставити конкретні запитання про роль мікробіому в здоров’ї людини ".
"Існує багато-багато досліджень, які показують, що існують зв'язки між мікробіомом та захворюваннями, такими як психіатричні захворювання, нейродегенеративні захворювання, ожиріння, діабет тощо, але ми не розуміємо, що є причиною та [що є] наслідком".
"Існує реальна потреба з'ясувати точний взаємозв'язок між складом мікробіому та хворобою", - продовжила вона. "Які мікробні штами сприяють здоров’ю та хворобам, і що більш важливо, як ці штами сприяють здоров’ю?"
"Стає очевидним, що різноманітність мікробіомів є важливим для здоров'я людини", - додав Езкура. "Багато факторів сприяють різноманітності мікробіомів, такі як дієта та спосіб життя, і, старіючи, ми, як правило, втрачаємо різноманітність".
«Краще розуміючи зв’язок між харчуванням, мікробіомом та здоров’ям, ми можемо зрозуміти, як люди похилого віку можуть підтримувати свій мікробіом, а також допомагати їм безпосередньо, використовуючи пре- та пробіотичні стратегії. Це допомогло б нам старіти [кращим чином], підтримуючи здоров'я та якість життя в старості без наркотиків та хірургічного втручання ».
Марина Езкурра, к.т.н.
