Widzisz to na co dzień w reklamach: kremy i balsamy redukujące zmarszczki, farby niwelujące siwiznę i środki zmniejszające bóle mięśni i stawów. Wraz ze zmianami poziomu powierzchni, starzenie się wpływa również na wewnętrzną fizjologię organizmu, w tym nasilający się stan zapalny w mózgu (Czirr i Wyss-Coray, 2012), zwyrodnienie siatkówki (Hoh Kam i in., 2010) oraz przepuszczalność ściany jelita (Ma i in., 1992). Wiele gałęzi przemysłu powstaje w celu odwrócenia oznak starzenia. Ale czy istnieje sposób przeciwdziałania skutkom starzenia się organizmu na głębszym poziomie niż farbowanie włosów? Jedna grupa naukowców sugeruje unikalny sposób na cofnięcie zegara skutków związanych ze starzeniem się mózgu za pomocą transferu mikroflory kałowej (FMT; Parker i in., 2022).
FMT wykorzystuje zasady parabiozy (zobacz powiązany artykuł Knowing Neurons tutaj!), aby zamienić mikrobiom jelitowy, definiowany jako całość bakterii i mikroorganizmów żyjących w zdrowym jelicie (Sommer i in., 2013), między starymi i młodymi myszami. Aby przetestować swoją hipotezę, że użycie FMT do zmiany mikrobiomu jelitowego zmienia stan zapalny w mózgu i ciele, Parker i współpracownicy wykorzystali model myszy z 3-miesięcznymi myszami (młodymi myszami) i 24-miesięcznymi myszami (stare myszy) ). Przed rozpoczęciem eksperymentu naukowcy najpierw zebrali odchody, aby ustalić poziom odniesienia dla mikrobiomów młodych i starych myszy. Następnie myszom podawano antybiotyki przez trzy dni, aby zredukować bakterie obecne w ich jelitach. Po antybiotykoterapii naukowcy pobrali kolejną próbkę kału. Po tych początkowych krokach przeprowadzono dwie rundy FMT, w których upłynniony kał podawano donosowo, a myszy umieszczono w klatkach zawierających kał zgodnie z ich grupą doświadczalną. Grupami eksperymentalnymi w tym badaniu były starsze myszy otrzymujące FMT od młodych myszy i młode myszy otrzymujące FMT od starszych myszy, podczas gdy grupami kontrolnymi były młode myszy otrzymujące FMT od innych młodych myszy lub roztwór kontrolny bez kału (zwany młodymi myszami kontrolnymi) i starsze myszy otrzymujące FMT od innych starszych myszy lub roztwór kontrolny bez kału (nazywane starszymi myszami kontrolnymi). Po FMT kał zebrano pięć dni i dwa tygodnie później. Ten projekt eksperymentalny umożliwił badaczom zbadanie, w jaki sposób wiek mikrobiomu jelitowego wpływa na procesy zachodzące w mózgu, siatkówce i jelitach.
Abstrakt graficzny z Parker et al., 2022
…napełnianie starzejącej się myszy młodym mikrobiomem cofa odpowiedź immunologiczną obserwowaną wraz z wiekiem.
Naukowcy najpierw zbadali, w jaki sposób FMT wpływa na odpowiedź zapalną mikrogleju, rezydujących w mózgu komórek odpornościowych, w korze mózgowej i ciele modzelowatym (ogromna wiązka neuronów, która umożliwia komunikację obu półkul mózgowych) (Heneka i in., 2019) ; Erny i in., 2015). Starzejące się myszy kontrolne miały więcej aktywowanego mikrogleju niż młode myszy kontrolne, co odzwierciedla proces normalnego starzenia. Jednak starsze myszy z młodymi mikrobiomami miały znacznie mniejszą aktywację mikrogleju niż starsze myszy kontrolne. Co zaskakujące, odpowiedź mikrogleju była dość podobna do obserwowanej u młodych myszy kontrolnych. Ten sam wzór został również pokazany w przeciwnym kierunku, ponieważ młode myszy ze starzejącymi się mikrobiomami miały znacznie większą aktywację mikrogleju niż młode myszy kontrolne, podobnie jak poziomy aktywacji obserwowane u starszych myszy kontrolnych. Pokazuje to, że wiek mikrobiomu wpływa na odpowiedź immunologiczną w mózgu, a podanie starszej myszy młodego mikrobiomu cofa odpowiedź immunologiczną obserwowaną wraz z wiekiem. Podobnie, podawanie młodej myszy starzejącego się mikrobiomu przyspiesza wpływ wieku na komórki odpornościowe mózgu.
…mikrobiom wpływa na procesy związane z wiekiem w siatkówce…
Oprócz zbadania mózgu naukowcy zbadali również, w jaki sposób wiek mikrobiomu jelitowego wpływa na siatkówkę. Ogólnie wykazano, że w porównaniu z młodymi myszami starsze myszy miały zwiększone zapalenie siatkówki. Jednak po FMT starsze myszy z młodymi mikrobiomami miały poziom zapalenia siatkówki podobny do poziomu młodych myszy kontrolnych. Zgodnie z odkryciami w mózgu, było również odwrotnie. Młode myszy ze starzejącymi się mikrobiomami miały zapalenie siatkówki przypominające starsze myszy kontrolne. Mikrobiom jelitowy wpływa również na inną część układu wzrokowego: zdolność fotoreceptorów do regeneracji w siatkówce za pomocą białka RPE65, którego produkcja również zmniejsza się wraz z wiekiem (Cai i in., 2009). U starszych myszy z młodymi mikrobiomami występowała zwiększona ilość białka RPE65 w porównaniu ze starszymi myszami kontrolnymi. W rzeczywistości te poziomy białka były podobne do poziomów u młodych myszy. Co więcej, młode myszy ze starzejącymi się mikrobiomami miały znacznie mniej RPE65 niż młode myszy kontrolne, a poziomy białka były porównywalne z poziomami obserwowanymi u starszych myszy. Ogólnie rzecz biorąc, pokazuje to, że mikrobiom wpływa na procesy związane z wiekiem w siatkówce, przy czym młode mikrobiomy odwracają, a stare mikrobiomy przyspieszają procesy związane ze starzeniem.
Inny ważny narząd, jelita, również nie jest oszczędzony przed skutkami starzenia: warstwa komórek, która tworzy ścianę jelita, z czasem staje się nieszczelna (Cui i in., 2019; Thevaranjan i in., 2017). W miarę starzenia się stabilność ściany jelita zmniejsza się i staje się bardziej przepuszczalna, co pozwala bakteriom przedostawać się na obwód, co z kolei zwiększa ogólny stan zapalny (Cui i in., 2019; Thevaranjan i in., 2017). W tym badaniu naukowcy wykazali, że wiek mikrobiomu wpływa na stabilność ścian jelit. U starszych myszy z młodym mikrobiomem jelita były mniej nieszczelne niż u starszych myszy kontrolnych. W rzeczywistości przepuszczalność jelit u starszych myszy z młodym mikrobiomem była podobna do przepuszczalności obserwowanej u młodych myszy. Starzejące się myszy z młodymi mikrobiomami również miały poziom stanu zapalnego i ślady bakterii we krwi podobne do młodych myszy. Po raz kolejny jelita młodych myszy ze starzejącymi się mikrobiomami zachowywały się podobnie do starszych myszy ze starzejącymi się mikrobiomami, ponieważ miały bardziej nieszczelne jelita i więcej stanów zapalnych niż młode myszy z młodymi mikrobiomami. Wyniki te potwierdzają hipotezę, że starzejący się mikrobiom przyczynia się do wzrostu przepuszczalności jelit, co ułatwia wzrost stanu zapalnego poprzez umożliwienie bakteriom przedostania się do krwioobiegu. Co ważne, wprowadzenie młodego mikrobiomu poprzez FMT odwraca te skutki związane z wiekiem.
… wiek mikrobiomu jelitowego wpływa na funkcje mózgu, siatkówki i jelit.
Wyniki badania pokazują, że wiek mikrobiomu jelitowego wpływa na funkcje mózgu, siatkówki i jelit. Ale czym różnią się od siebie mikrobiomy młodych i starych? Aby odpowiedzieć na to pytanie, naukowcy zsekwencjonowali DNA mikrobiomu znalezionego w próbkach kału zebranych w trakcie eksperymentu. Młody i stary mikrobiom miał już inny skład genetyczny przed wystąpieniem FMT, ale FMT znacząco zmienił skład genetyczny obu mikrobiomów. Młode myszy ze starzejącymi się mikrobiomami miały bardzo podobny skład do starszych myszy kontrolnych, podczas gdy skład genetyczny starszych myszy z młodymi mikrobiomami różnił się od starszych myszy kontrolnych, a także różnił się od młodych myszy z młodymi mikrobiomami – znajdował się gdzieś pomiędzy. Starzejące się myszy kontrolne i młode myszy ze starzejącymi się mikrobiomami miały bakterie głównie z Oscillibacter i Prevotella rodzaj, Firmicutes gromada i Lactobacillus johnsonii gatunków, podczas gdy młode myszy kontrolne i starsze myszy z młodymi mikrobiomami miały bakterie głównie z Bifidobacterium, Ackermansia, Parabakteroidy, Clostridium, Enterococcus grupy. Badając potencjalną przyczynę tych zmian związanych z wiekiem, naukowcy odkryli, że szlaki zaangażowane w produkcję lipidów i witamin (które opierają się na metabolitach wytwarzanych przez bakterie) różnią się między starymi i młodymi mikrobiomami. Ta obserwacja ma jedną wadę – zmiany liczebności różnych rodzajów bakterii i ich potencjalnej funkcji w jelitach nie były długotrwałe, ponieważ dwa tygodnie po FMT nie było dużych różnic między składem mikrobiomu.
Ogólnie rzecz biorąc, badanie to wykazało, że mikrobiom jelitowy wpływa na procesy związane z wiekiem w mózgu, oku i jelitach. Starzejące się mikrobiomy, niezależnie od wieku myszy biorcy, prowadziły do nasilenia stanu zapalnego w mózgu, siatkówce i jelitach, mniejszego potencjału regeneracji fotoreceptorów w siatkówce i większej ilości bakterii wyciekających z jelit. Z drugiej strony wprowadzenie młodych mikrobiomów do starszych myszy odwróciło te efekty starzenia. Może to wynikać z różnic w składzie bakteryjnym starych i młodych mikrobiomów oraz wpływu, jaki te zmiany mogą mieć na szlaki odpowiedzialne za produkcję lipidów i witamin. Jedno z pytań, które nie zostało uwzględnione w tym badaniu, dotyczyło wpływu wieku mikrobiomu na wydajność poznawczą, ponieważ ani myszy kontrolne, ani myszy FMT nie zachowywały się inaczej w behawioralnych testach pamięci. Przyszłe badania powinny również skupić się na tej kwestii, ponieważ wiadomo, że funkcje poznawcze i pamięć zmniejszają się wraz z wiekiem, a zrozumienie roli mikrobiomu w pogorszeniu funkcji poznawczych związanym z wiekiem może dostarczyć ważnych informacji na temat możliwych biologicznych podstaw. Innym kierunkiem, w którym powinny podążać przyszłe pytania badawcze, byłby wpływ diety na skład mikrobiomu jelitowego. Wcześniejsze badania wykazały, że różne diety zmieniają rodzaje drobnoustrojów w jelitach zarówno w perspektywie krótkoterminowej (David i in., 2014), jak i długoterminowej (Wu i in., 2011). Jeśli zmiany w diecie mogą zmienić skład mikrobiomu jelitowego, co jeśli mogą zmniejszyć te oznaki starzenia w mózgu, siatkówce i jelitach?
Jeśli zmiany w diecie mogą zmienić skład mikrobiomu jelitowego, co jeśli mogą zmniejszyć te oznaki starzenia w mózgu, siatkówce i jelitach?
O Autorach
Scenariusz Holly Korthas, Ilustrowany przez Federica Raguseo, Edytowany przez Johanna Pop, Sarah Wade, Lauren Wagner
Otrzymuj najnowsze wiadomości e-mail
Referencje
Cai, X., Conley, SM i Naash, MI (2009). RPE65: rola w cyklu wzrokowym, choroba siatkówki u ludzi i terapia genowa. Genetyka okulistyczna, 30(2), 57-62. https://doi.org/10.1080/13816810802626399
Cui, H., Tang, D., Garside, GB, Zeng, T., Wang, Y., Tao, Z., Zhang, L. i Tao, S. (2019). Sygnalizacja Wnt pośredniczy w indukowanym starzeniem upośledzeniu różnicowania jelitowych komórek macierzystych. Recenzje i raporty dotyczące komórek macierzystych, 15(3), 448-455. https://doi.org/10.1007/s12015-019-09880-9
Czirr, E. i Wyss-Coray, T. (2012). Immunologia neurodegeneracji. The Journal of Clinical Investigation, 122(4), 1156-1163. https://doi.org/10.1172/JCI58656
David, L., Maurice, C., Carmody, R. i in. Dieta szybko i w sposób powtarzalny zmienia mikrobiom jelitowy człowieka. Natura 505, 559 – 563 (2014). https://doi-org.proxy.library.georgetown.edu/10.1038/nature12820
Erny, D., Hrabě de Angelis, AL, Jaitin, D., Wieghofer, P., Staszewski, O., David, E., Keren-Shaul, H., Mahlakoiv, T., Jakobshagen, K., Buch, T., Schwierzeck, V., Utermöhlen, O., Chun, E., Garrett, WS, McCoy, KD, Diefenbach, A., Staeheli, P., Stecher, B., Amit, I., & Prinz, M (2015). Mikrobiota gospodarza stale kontroluje dojrzewanie i funkcję mikrogleju w OUN. Nature Neuroscience, 18(7), 965-977. https://doi.org/10.1038/nn.4030
Heneka MT (2019). Mikroglej zajmuje centralne miejsce w chorobie neurodegeneracyjnej. Recenzje przyrody. Immunologia, 19(2), 79-80. https://doi.org/10.1038/s41577-018-0112-5
Hoh Kam, J., Lenassi, E. i Jeffery, G. (2010). Oglądanie starzejących się oczu: różne miejsca akumulacji amyloidu Beta w starzejącej się siatkówce myszy i regulacja w górę makrofagów. PloS One, 5(10), e13127. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0013127
Ma, TY, Hollander, D., Dadufalza, V. i Krugliak, P. (1992). Wpływ starzenia się i ograniczeń kalorycznych na przepuszczalność jelit. Eksperymentalna Gerontologia, 27(3), 321-333. https://doi.org/10.1016/0531-5565(92)90059-9
Parker, A., Romano, S., Ansorge, R., Aboelnour, A., Le Gall, G., Savva, GM, Pontifex, MG, Telatin, A., Baker, D., Jones, E., Vauzour , D., Rudder, S., Blackshaw, LA, Jeffery, G. i Carding, SR (2022). Przenoszenie mikroflory kałowej między młodymi i starszymi myszami odwraca cechy starzejącego się jelita, oka i mózgu. Mikrobiom, 10(1), 68.
https://doi.org/10.1186/s40168-022-01243-w
Sommer, F. i Bäckhed, F. (2013). Mikroflora jelitowa — mistrzowie rozwoju i fizjologii gospodarza. Recenzje przyrody. Mikrobiologia, 11(4), 227-238. https://doi.org/10.1038/nrmicro2974
Thevaranjan, A., Puchta, A., Schulz, C., Naidoo, A., Szamosi, JC, Verschoor, CP, Loukov, D., Schenck, LP, Jury, J., Foley, KP, Schertzer, JD, Larché, MJ, Davidson, DJ, Verdú, EF, Surette, MG i Bowdish, DME (2017). Dysbioza mikrobiologiczna związana z wiekiem sprzyja przepuszczalności jelit, ogólnoustrojowemu zapaleniu i dysfunkcji makrofagów. Komórka gospodarz i mikrob, 21(4), 455-466.e4. https://doi.org/10.1016/j.chom.2017.03.002
Wu, GD, Chen, J., Hoffmann, C., Bittinger, K., Chen, YY, Keilbaugh, SA, Bewtra, M., Rycerze, D., Walters, WA, Rycerz, R., Sinha, R. , Gilroy, E., Gupta, K., Baldassano, R., Nessel, L., Li, H., Bushman, FD i Lewis, JD (2011). Łączenie długoterminowych wzorców żywieniowych z enterotypami drobnoustrojów jelitowych. Nauka (Nowy Jork, NY), 334(6052), 105-108. https://doi-org.proxy.library.georgetown.edu/10.1126/science.1208344
Artykuł pierwotnie pojawił się na Znając neurony
