Бактерии в кишечнике могут указывать на биологический возраст организма - ученые

Миллиарды бактерий, которые населяют кишечник, способны регулировать практически все процессы в организме – от переваривания пищи до функционирования иммунной системы. Однако ученые до сих пор мало знают о том, каким образом в этой системе, известной как микробиом, происходят различные изменения, и как вообще выглядит так называемый «нормальный» микробиом.

Недавнее исследование в этой области позволило ученым обнаружить новое, довольно неожиданное свойство микробиома. Оказалось, что он представляет собой удивительные в своем роде биологические часы, которые могут определить возраст большинства людей с точностью до нескольких лет, сообщает журнал Science.

Для того чтобы выяснить, как микробиом меняется с течением времени, исследователь долголетия Алекс Жаворонков и его коллеги из компании InSilico Medicine - стартапа в области искусственного интеллекта в Роквилле (штат Мэриленд, США) изучили более 3600 образцов кишечных бактерий, взятых у 1165 здоровых людей из разных стран мира. Одна треть бактерий принадлежала участникам исследования в возрасте от 20 до 39 лет, другая треть была от людей в возрасте от 40 до 59 лет и третья часть была предоставлена старшим поколением от 60 до 90 лет.

Для анализа данных ученые применили методы искусственного интеллекта. Сначала они подготовили свою компьютерную программу - алгоритм глубокого обучения, смоделированный на основе работы нейронов в мозге, - на 95 различных видах бактерий из 90 процентов образцов, одновременно снабдив ее информацией о возрасте доноров. Затем они попросили алгоритм указать возраст людей, которые предоставили оставшиеся 10 процентов образцов. Программа смогла определить его с точностью до четырех лет. Из 95 видов бактерий 39 оказались наиболее важными в прогнозировании возраста. 

Жаворонков и его коллеги обнаружили, что некоторые микробы, например такие, как Eubacterium hallii, которые, как считается, играют важную роль в обмене веществ в кишечнике, становятся более многочисленными по мере старения человека. Численность же других микробов, таких как Bacteroides vulgatus, который связывают с язвенным колитом - воспалительным заболеванием кишечника, с возрастом уменьшалась. Как считает соавтор исследования Вадим Гладышев, биолог из Гарвардского университета, который занимается проблемами старения, вероятно, что изменения в рационе питания, режиме сна и физической активности влияют на численность кишечных бактерий.

По мнению Жаворонкова, «часы старения микробиома» можно применить в качестве основы для определения, насколько быстро или медленно стареет кишечник человека, и влияют ли алкоголь, антибиотики, пробиотики или диета на продолжительность жизни. Новый метод также можно использовать при сравнении кишечных бактерий здоровых людей с микрофлорой кишечника тех, кто страдает, например, болезнью Альцгеймера, чтобы понять, если ли связь между изменениями в микробиоме и появлением тех или иных заболеваний.

Если эта гипотеза будет подтверждена, то предложенный подход может стать еще одним биомаркером для определения биологического возраста организма, включая длину теломер - кончиков хромосом, участвующих в старении, - и изменения в экспрессии генов в течение жизни. Сочетание новых «часов старения» с этими уже известными биомаркерами может дать гораздо более точную картину истинного биологического возраста человека и состояния его здоровья. Это также поможет исследователям понять, влияют ли определенные вмешательства, включая лекарства и другие виды лечения, на процесс старения.

Идея о том, что вы можете предсказать чей-либо возраст на основе его кишечного микробиома, «очень правдоподобна» и «чрезвычайно интересна» для ученых, изучающих старение, считает директор Центра инноваций в области микробиома Калифорнийского университета в Сан-Диего (США) Робин Найт. Его группа занимается анализом 15 000 образцов в рамках инициированного им всемирного исследования микробиома American Gut Project по разработке похожих предикторов возраста.

Однако одна из проблем подобных «часов старения» заключается в том, что существуют определенные различия в видах кишечных бактерий у представителей разных стран.

«Чрезвычайно важно повторить подобные исследования с участием существенно различающихся групп населения, чтобы выяснить, есть ли какие-либо особые признаки старения у представителей тех или иных сообществ», - подчеркивает Робин Найт.

Пока ученые не могут точно сказать, являются ли изменения в микробиоме причиной быстрого старения людей, или же эти изменения представляют собой лишь побочный эффект и следствие старения организма.

«Возраст является очень важным параметром при любых заболеваниях, ведь мы меняемся каждую секунду», - отмечает автор исследования Алекс Жаворонков.

В настоящее время ученые намерены построить еще несколько моделей «часов старения», чтобы использовать их для определения биологического возраста человека наряду с микробиомом.

Алмаз Шарман, профессор медицины

К публикации материал подготовила Дина Букаева