肠道是一个复杂的微生物生态系统。这个所谓的肠道微生物组在健康、疾病和衰老中起着重要作用。多项研究表明，微生物组会“老化”并驱动宿主的衰老过程。然而，微生物组通过哪些机制控制宿主的衰老尚不清楚。
由基尔大学（CAU）医学系教授克里斯托夫·卡莱塔（Christoph Kaleta）和卓越集群“慢性炎症精准医学”（PMI）以及耶拿大学医院（UKJ）的克里斯蒂安·弗拉姆博士领导的研究团队对此问题进行了研究。基尔大学贡献了其在代谢建模方面的专业知识，而耶拿大学提供了分析所需的中心实验数据。
这项工作是在玛丽·居里创新培训网络SmartAge（ITN）框架下进行的，该网络由耶拿大学在地平线2020计划下协调。
在这项研究中，研究人员发现，随着年龄的增长，微生物组的代谢活动显著下降。
“这些变化直接反映在宿主的代谢过程中，”卡莱塔强调说，他领导着医学系统生物学工作组，并参与了协作研究中心（CRC 1182）“元生物体的起源和功能”。
研究结果发表在《自然微生物学》杂志上。
进一步研究的一个主要目标是找到逆转微生物组中与年龄相关的改变的方法，例如通过特殊的食物补充剂。在另一项发表在《微生物组》杂志上的研究中，卓越集群PMI成功地通过反复的微生物年轻化治疗，在动物模型中减缓了衰老过程。
计算机模型作为肠道细菌代谢的图像
长期以来，人们已经知道微生物组会随着年龄的增长而发生变化，并且参与了与年龄相关的进程。
“研究表明，将老年动物的微生物组转移到年轻动物体内可以增加炎症过程，相反，将年轻微生物组移植到老年动物体内则显示出年轻化的效果——这一现象已在多种物种中观察到，”弗拉姆说，她领导着耶拿大学医院的肠-脑相互作用和衰老研究小组。
“为了更好地理解这一点，我们创建了宿主和微生物组代谢的计算机模型，”卡莱塔解释说。
使用了来自不同年龄段小鼠的肠道、大脑、肝脏组织和粪便样本的分子生物学数据。利用这些组织和粪便分析的数据，为每只小鼠创建了一个单独的计算机模型，代表宿主的器官和微生物组。这使得可以研究宿主和微生物组之间交换哪些分子。
“例如，我们发现宿主经常将微生物组用作一种‘回收站’，”卡莱塔继续说道。
宿主向微生物组提供代谢终产物，后者再用来生产对宿主至关重要的物质。这使得资源得到更有效的利用，尽管这种效率随着年龄的增长而下降。
与年龄相关的微生物代谢活动下降
研究的关键发现之一是，随着年龄的增长，微生物组的代谢活动显著下降。
“单个细菌种类不再像以前那样高效合作，而是越来越多地争夺营养物质，”第一作者莉娜·贝斯特解释说。这对宿主有直接影响，因为许多重要的细胞功能——包括肠道屏障的稳定以及修复和重塑过程——都依赖于微生物组。
粪便转移：年轻小鼠的微生物组减缓衰老
由菲利普·罗森斯蒂尔教授领导的卓越集群对小鼠进行的另一项研究表明，确实可以通过减少宿主和微生物组中的衰老过程来实现。
“从早期研究中已经有了一些孤立的迹象，但这是我们首次尝试在整个小鼠寿命期间使微生物组年轻化，”罗森斯蒂尔解释说，他是卓越集群PMI的董事会成员，也是基尔大学医学院和石勒苏益格-荷尔斯泰因大学医学中心（UKSH）临床分子生物学研究所（IKMB）的所长。
为此，每隔八周就将年轻小鼠的粪便转移到这些动物体内，持续两年，而对照组的小鼠则通过粪便转移接受同龄小鼠的微生物组。
“我们实际上能够减少一些衰老的迹象，”第一作者PD博士费利克斯·索默强调说，他是IKMB的功能宿主微生物组研究小组负责人。
“运动协调性得到改善，肠道屏障得以保持。”进一步的分析还显示，年轻微生物组中发现的促炎因子较少。在宿主即小鼠中，典型的“炎症衰老”标志物减少。“炎症衰老”是一种组织中的轻度持续性炎症，被认为是衰老过程的生物学特征，并在各种疾病中发挥作用。
微生物组疗法的新视角
研究结果表明，微生物组在宿主与年龄相关的改变中起着关键作用。它们也为治疗干预开辟了新的途径。
“我们现在正在研究如何具体逆转微生物组中与年龄相关的改变，”卡莱塔解释说。
初步研究表明，使用简单的模式生物进行某些食物补充确实可能有针对性地影响微生物组。这代表了开发针对衰老的微生物组疗法的重要一步。
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