Vai zarnu baktērijas ir veselīgas novecošanas atslēga?
Arvien vairāk neseno pētījumu uzdod svarīgu jautājumu: vai zarnu baktērijām ir veselīgas novecošanas atslēga? Jauni pētījumi, kas nesen tika prezentēti Londonas mikrobiomu sanāksmē, mūs tuvina atbildei.
Senajā Tithonus mītā tāda paša nosaukuma varone lūdz dievus dzīvot mūžīgi, bet aizmirst pieprasīt mūžīgo jaunību.
Lai gan viņš ieguva nemirstību, vecuma slimības galu galā uzvar Titonu, un viņš rūgti nožēlo savu nemirstību.
Kaut arī ilgmūžības sasniegšana ir mērķis, kuru ir vērts sasniegt, un tā ir ambīcija, kuru cilvēce ir pieminējusi kopš Senās Grieķijas laikiem, mīts par Tithonus mums atgādina, ka ilgam mūžam nav lielas vērtības, ja to pārņem slimības.
Palielinoties cilvēka dzīves ilgumam, pasaules iedzīvotāji noveco daudz augstāk. Faktiski Apvienoto Nāciju Organizācija lēš, ka vecāka gadagājuma cilvēku, tas ir, cilvēku skaits vecumā no 60 gadiem, pieaug aptuveni par 3 procentiem gadā.
Saskaņā ar jaunākajām aplēsēm pašlaik visā pasaulē ir 962 miljoni cilvēku vecumā no 60 gadiem. Tiek prognozēts, ka līdz 2050. gadam šis skaitlis palielināsies vairāk nekā divas reizes, un paredzams, ka to cilvēku skaits, kas sasnieguši 80 gadu vecumu, trīskāršosies.
Novecošanu pavada virkne hronisku slimību. Piemēram, līdz 2060. gadam Alcheimera slimības slogs Amerikas Savienotajās Valstīs būs dubultojies, saka Slimību profilakses un kontroles centrs (CDC).
Viņi prognozē, ka līdz tam laikam Alcheimera slimība un citas demences formas būs gandrīz 14 miljoniem cilvēku, un pētnieki smagi strādā, cenšoties novērst šo un citas ar vecumu saistītas slimības.
Tātad jautājums “Kā mēs varam dzīvot ilgāk un veselīgāki dzīvo? ” lēnām aizstāj tekstu “Kā mēs varam dzīvot ilgāk?” Kad zinātnieki sāk meklēt ilgāku veselības stāvokli, kļūst arvien skaidrāk, ka novecošana nav tikai neizbēgams process, kas vienkārši “notiek”, bet ka ir precīzi molekulārie mehānismi, kas to regulē.
Marina Ezcurra, Ph.D. - lektore neirozinātnēs Londonas Karalienes Marijas universitātes Bioloģijas un ķīmijas zinātņu skolā Apvienotajā Karalistē - velta savu laiku šo mehānismu izpratnei.
Viņas pētījumi ir vērsti uz to, kā novecošana un ar to saistītās slimības rodas tārpā, ko sauc Caenorhabditis elegans. Pavisam nesen Ezcurra un viņas komanda pārbaudīja kuņģa-zarnu trakta novecošanos un mikrobioma lomu šajā procesā.
2018. gada 24. oktobrī Ezcurra iepazīstināja ar savu pētījumu Londonas mikrobiomu sanāksmē Lielbritānijā. Šajā Spotlight funkcijā mēs ziņojam par galvenajiem viņas prezentācijas noņemšanas veidiem.
Cilvēka novecošanas izpēte ar “tārpu kļūdu”
Savā prezentācijā “Tārps-kļūda: kombinēta modeļa sistēma, lai pētītu mijiedarbības ar mikrobiomu mijiedarbību” - Ezcurra iepazīstināja ar C. elegāns kā dzīvotspējīgu novecošanas izpētes modeli. C. elegāns dzīves ilgums ir tikai 2–3 nedēļas, bet, novecojot, attīstās vairākas patoloģijas - tāpat kā cilvēka organismā.
Tomēr gadījumā C. elegāns, visas patoloģijas nonāk vienā: kuņģa-zarnu trakta novecošana.
Kā savā runā paskaidroja Ezcurra, visas dzīves ilguma palielināšanas procedūras, kurām zinātnieki ir piemērojuši C. elegāns strādāt, nomācot zarnu novecošanos.
Izmantojot C. elegans, pētnieki var pārbaudīt virkni ar vecumu saistītu procesu, piemēram, izturību pret stresu, augšanu, auglību un dzīves ilgumu. Eksperti arī ir izmantojuši C. elegāns kā paraugs vairākām cilvēku slimībām, piemēram, Alcheimera slimībai.
Ezcurra citē esošos pētījumus, kas redzēti C. elegāns baroti ar Escherichia coli. Kad tārps barojas ar baktērijām, pētnieki izveidoja apmēram 4000 mutantu celmus E. coli, katrs ar noteiktu gēnu ir izdzēsts. Tad komanda pabaroja C. elegāns katru no šiem celmiem un pārbaudīja sekas.
Vecākais pētījuma autors Mengs Vangs, kurš ir molekulārās un cilvēka ģenētikas asociētais profesors Bayloras Medicīnas koledžā Hjūstonā, TX, ziņoja par atklājumiem, sakot: "Mēs barojām C. elegāns katru atsevišķo mutantu baktēriju un pēc tam aplūkoja tārpu dzīves ilgumu. ”
“No gandrīz 4000 mūsu pārbaudītajiem baktēriju gēniem 29, izdzēšot, palielināja tārpu dzīves ilgumu. Divpadsmit no šiem baktēriju mutantiem aizsargāja tārpus arī no audzēja augšanas un amiloid-beta uzkrāšanās, kas cilvēkiem raksturīga Alcheimera slimībai. ”
Meng Wang
Arī pētnieki atklāja, ka viens baktēriju mutants pārmērīgi ražo vielu, ko sauc par kolānskābi; šis savienojums palielināja ilgmūžību, stimulējot aktivitāti mitohondrijos, tā sauktajās šūnas spēkstacijās, kas ir atbildīgas par barības vielu pārvēršanu enerģijā.
Cīņa pret novecošanos, izmantojot diabēta zāles
Savā runā Ezcurra pieminēja vēl vienu veiksmīgas izpētes piemēru C. elegāns kas parādīja mikrobiomas ietekmi uz novecošanās procesu. Šis pētījums ietvēra parasto diabēta zāļu metformīnu.
Metformīns pašlaik ir pasaulē visizplatītākā diabēta zāle. Iepriekšējie pētījumi ir atklājuši, ka iekšķīgi lietojamie medikamenti ne tikai samazina cukura līmeni asinīs, bet arī samazina vēža risku.
Zinātnieki atklāja, ka zāles var aizkavēt novecošanos pelēm un C. elegāns. Metformīns pašlaik tiek pārbaudīts klīniskajos pētījumos kā potenciāls līdzeklis pret novecošanos un ar novecošanu saistītām slimībām.
Kā pētniece paskaidroja savā runā, tas nozīmē, ka metformīns potenciāli vienlaikus varētu būt vērsts uz vairākām ar vecumu saistītām hroniskām slimībām. Metformīns, iespējams, var novērst ne tikai diabētu, bet arī vēzi un Alcheimera patoloģijas.
Interesanti par metformīna iedarbību ir tas, ka tie aizkavē novecošanos cauri baktērijas. Studijas C. elegāns Ezcurra pieminētie ir parādījuši, ka metformīna ilgmūžība nedarbojas, ja nav baktēriju.
Konkrēti, metformīns ietekmē folātu baktēriju metabolismu, paskaidroja Ezcurra, kas, savukārt, izraisa ķēdes reakciju, kas beidzas ar molekulu ceļa aktivizēšanu, kas, kā zināms, regulē novecošanos.
Apvienojot E.coli ar C. elegāns
Ezcurra paša pētījumos mēģināts apvienot divus paraugorganismus - E. coli un C. elegāns - izpētīt, kā baktērijas mediē novecošanās procesu.
Iepriekšējie pētījumi ir kaitinājuši mikrobiomu C. elegans, un citi ir kolonizējuši zarnu C. elegāns ar E. coli OP50 un pamanīju dažus interesantus efektus. Baktēriju celms pozitīvi ietekmēja reprodukciju, imunitāti un organisma reakciju uz stresu.
Tātad Ezcurra un viņas kolēģi prātoja, vai pastāv vēl kādi papildu efekti, ko OP50 atstāj uz novecošanās procesu. Viņas laboratorijā veiktie eksperimenti atklāja, ka antibiotiku pievienošana tārpiem kolonizējās ar E. coli OP50 uzlabo zarnu novecošanos. Baktēriju augšanas iznīcināšana aizkavēja zarnu atrofiju, kurai mēdz notikt ar vecumu C. elegāns.
Pētnieki arī atrada divus baktēriju celmus no C. elegāns mikrobiomu, kas samazina zarnu novecošanos. Tāpēc pētījumā tika konstatēts, ka novecošanos var panākt arī bez baktēriju augšanas iznīcināšanas, bet rīkojoties tieši pretēji: kolonizējot zarnu ar specifiskiem baktēriju celmiem.
Citā Ezcurra laboratorijā veiktajā eksperimentā tika izmantots iepriekš izveidots cilvēka slimības modelis C. elegāns lai atjaunotu ar vecumu saistītu muskuļu paralīzi. Pētnieki analizēja 14 dažādu baktēriju celmu, kas veido eksperimentālo mikrobiomu, “kokteiļa” ietekmi.
Viņi atklāja, ka šis eksperimentālais kokteilis spēcīgi nomāca vecuma izraisītu paralīzi. Arī barotnēm, kas iegūtas no eksperimentālā mikrobioma, bija tāda pati pozitīva ietekme.
Zarnu baktērijas un cilvēka novecošana: kas notiks tālāk?
Nākotnē Ezcurra komandas mērķis ir noskaidrot, vai tā var kolonizēt C. elegāns ar cilvēka baktēriju celmiem, lai izpētītu ietekmi uz novecošanos un veselību.
Pētnieks nesen saņēma Wellcome Trust finansējumu, lai izmantotu vienkāršas cilvēka mikrobiomas - piemēram, baktērijas, kas labvēlīgi ietekmē veselību, un baktērijas, kas negatīvi ietekmē veselību - un pētītu to ietekmi C. elegāns.
Izmantojot reāllaika attēlveidošanu, zinātnieki cer atšķetināt molekulāros mehānismus, kas pamato mijiedarbību starp saimnieku un mikrobiomu, kā arī to ietekmi uz novecošanās procesu.
"Nākamais solis manam pētījumam," sacīja Ezcurra Medicīnas ziņas šodien, “Ir izmantot C. elegāns uzdot konkrētus jautājumus par mikrobioma lomu cilvēka veselībā. ”
"Ir daudz, daudz pētījumu, kas parāda, ka pastāv saistība starp mikrobiomu un slimībām, piemēram, psihiatriskām slimībām, neirodeģeneratīvām slimībām, aptaukošanos, diabētu utt., Taču mēs nesaprotam, kas ir cēlonis un [kas ir] sekas."
"Ir reāla vajadzība noskaidrot precīzu saistību starp mikrobiomu sastāvu un slimību," viņa turpināja. "Kuri mikrobu celmi veicina veselību un slimības, un vēl svarīgāk, kā šie celmi veicina veselību?"
"Kļūst skaidrs, ka mikrobiomu daudzveidība ir svarīga cilvēka veselībai," piebilda Ezcurra. "Daudzi faktori veicina mikrobiomu daudzveidību, piemēram, diēta un dzīvesveids, un, kļūstot veciem, mēs parasti piedzīvojam daudzveidības zudumu."
“Labāk izprotot saikni starp uzturu, mikrobiomu un veselību, mēs varam saprast, kā vecāka gadagājuma cilvēki var uzturēt savu mikrobiomu, kā arī viņiem tieši palīdzēt, izmantojot pre- un probiotikas stratēģijas. Tas mums palīdzētu [labāk] novecot, saglabājot veselību un dzīves kvalitāti vecumdienās bez narkotikām vai operācijām. ”
Marina Ezcurra, Ph.D.
