Kann das Darmmikrobiom die Geheimnisse des Alterns enthüllen?
Eine neue Studie hat gezeigt, wie die Darmmikrobiota älterer Mäuse das Nervenwachstum bei jungen Mäusen fördern kann, was zu vielversprechenden Entwicklungen bei zukünftigen Behandlungen führt.
Die an der Nanyang Technological University (NTU) in Singapur ansässige Forschungsgruppe übertrug die Darmmikrobiota älterer Mäuse in den Darm jüngerer Mäuse mit weniger entwickelter Darmfauna.
Dies führte zu einer verstärkten Neurogenese (Neuronenwachstum) im Gehirn und einer veränderten Alterung, was darauf hindeutet, dass die symbiotische Beziehung zwischen Bakterien und ihrem Wirt erhebliche gesundheitliche Vorteile haben kann.
In den letzten 20 Jahren hat die Forschung über die Beziehung zwischen dem Wirt und den Bakterien, die in oder auf ihm leben, erheblich zugenommen. Die Ergebnisse dieser Studien haben eine wichtige Rolle für diese Beziehung in Bezug auf Ernährung, Stoffwechsel und Verhalten festgelegt.
Die medizinische Gemeinschaft hofft, dass diese neuesten Ergebnisse zur Entwicklung einer lebensmittelbasierten Behandlung führen könnten, um den Alterungsprozess zu verlangsamen.
In dieser Studie versuchte das Forscherteam, die funktionellen Eigenschaften der Darmmikrobiota eines alternden Wirts aufzudecken. Die Forscher transplantierten Darmmikrobiota von alten oder jungen Mäusen in junge, keimfreie Mausempfänger.
Die Ergebnisse erscheinen in der Zeitschrift Wissenschaftliche translationale Medizin.
Was beinhaltete die Forschung?
Das Darmmikrobiom verändert sich mit zunehmendem Alter des Wirts. Um zu untersuchen, wie es sich entwickelt, transplantierte das Forscherteam das Darmmikrobiom von 24 Monate alten Mäusen in junge 6 Wochen alte, keimfreie Mäuse.
Professor Sven Pettersson von der NTU Lee Kong Chian School of Medicine leitete das Team.
Nach 8 Wochen beobachteten Prof. Pettersson und Kollegen ein erhöhtes Darmwachstum und eine erhöhte Neurogenese im Gehirn der Mäuse.
Zur Kontrolle des Experiments übertrug das Team das Darmmikrobiom junger Mäuse in keimfreie Mäuse des gleichen Alters. Die Forscher beobachteten nicht die gleichen Effekte wie bei den Mäusen, die das Darmmikrobiom von älteren Mäusen erhielten.
Das Team führte auch molekulare Analysen an den Nagetieren durch und stellte fest, dass sie einen erhöhten Butyratspiegel aufwiesen. Butyrat ist eine kurzkettige Fettsäure, die Darmmikroben produzieren.
Butyrat ist gesundheitsfördernd und kann vor Krankheiten wie entzündlichen Darmerkrankungen, Darmkrebs, Fettleibigkeit und Diabetes schützen.
Die Anreicherung bestimmter Darmmikroben und die verstärkte bakterielle Fermentation von Ballaststoffen im Dickdarm führten zu diesen erhöhten Butyratspiegeln. Erhöhte Butyratspiegel stimulierten wiederum die Produktion des Langlebigkeitshormons FGF21.
FGF21 ist ein Fibroblasten-Wachstumsfaktor, der eine wichtige Rolle bei der Regulierung des Stoffwechsels spielt. Erhöhte FGF21-Spiegel waren auch mit einer erhöhten AMPK- und SIRT-1-Aktivität und einer verringerten mTOR-Signalübertragung verbunden.
Dies ist wichtig, da eine erhöhte AMPK zu einer erhöhten Aufnahme kurzkettiger Fettsäuren während des Zellstoffwechsels führt. SIRT-1 reguliert auch die Homöostase und kann vor einer Vielzahl von Erkrankungen des Menschen schützen.
Reduziertes mTOR kann vor Krebserkrankungen beim Menschen und verschiedenen entzündlichen Erkrankungen schützen.
Die Forscher untersuchten anschließend die Wirkung von Darmmikrobiomtransplantationen auf die Verdauungstrakte der Mäuse.
Normale Alterung des Darmgewebes verringert die Lebensfähigkeit der Darmzellen. Dies hat Assoziationen mit einer verringerten Schleimproduktion, die zu einer erhöhten Zellschädigung und zum Tod führen kann.
Die Forscher fanden heraus, dass die Transplantation des Mikrobioms älterer Mäuse auf jüngere Mäuse zu einer Zunahme der Länge und Breite der Zotten führte, bei denen es sich um kleine Strukturen handelt, aus denen die Darmwand besteht.
Die Mäuse, die das Mikrobiom von den älteren Mäusen erhalten hatten, hatten auch einen längeren Dickdarm und einen längeren Dünndarm als die Kontrollgruppe, die das Mikrobiom von anderen jungen Mäusen erhalten hatte.
Die Forscher gaben den jungen keimfreien Mäusen auch Butyrat selbst und beobachteten, dass es zu ähnlichen Erhöhungen der Neurogenese und des Darmwachstums führte.
Wie sind diese Ergebnisse eingegangen?
Wissenschaftler aus aller Welt haben auf diese Ergebnisse reagiert. Dr. Dario Riccardo Valenzano, Gruppenleiter am Max-Planck-Institut für Biologie des Alterns in Deutschland, sagt: „Diese Ergebnisse sind aufregend und werfen einige neue offene Fragen sowohl für die Biologie des Alterns als auch für die Mikrobiomforschung auf.“
Einige dieser Fragen, sagt Dr. Valenzano, beinhalten: „Ob während des Lebens von Mäusen eine aktive Akquisition von Butyrat produzierenden Mikroben stattfindet und ob extremes Altern zu einem Verlust dieser grundlegenden mikrobiellen Gemeinschaft führt, die möglicherweise für Dysbiose und Alter verantwortlich ist. verwandte Funktionsstörungen. "
Darüber hinaus sagt Professor Brian Kennedy, Direktor des Zentrums für gesundes Altern an der Nationalen Universität von Singapur: „Es ist faszinierend, dass das Mikrobiom eines gealterten Tieres jugendliche Phänotypen bei einem jungen Empfänger fördern kann.“
"Dies deutet darauf hin, dass die Mikrobiota mit zunehmendem Alter modifiziert wurden, um die akkumulierten Defizite des Wirts auszugleichen, und führt zu der Frage, ob das Mikrobiom eines jungen Tieres mehr oder weniger Auswirkungen auf einen jungen Wirt haben würde."
"Die Ergebnisse erweitern unser Verständnis der Beziehung zwischen dem Mikrobiom und seinem Wirt während des Alterns und bilden die Grundlage für die Entwicklung mikrobiombezogener Interventionen zur Förderung einer gesunden Langlebigkeit."
Prof. Brian Kennedy
Implikationen für zukünftige Behandlungen
Diese Ergebnisse sind vielversprechend für das zukünftige Fortschreiten der Behandlung von Krankheiten, die mit dem Altern verbunden sind, wie z. B. neurogenerative Störungen.
Sie legen nahe, dass die Zusammensetzung der Darmmikrobiota und -dynamik altersempfindlich ist und dass sich die Reaktion auf mikrobielle Signale im frühen Leben erheblich von der im späteren Leben unterscheidet.
Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Darmmikrobiota älterer Wirte mit metabolischer Homöostase die Gesundheit des Wirts unterstützen kann. Im Gegensatz dazu kann das Darmmikrobiom bei Erwachsenen mit Typ-2-Diabetes Entzündungswege induzieren.
Zu den Einschränkungen dieser Studie gehört die Tatsache, dass sich Mikrobiome im Verlauf der Studie ändern können, selbst bei kontrollierten Experimenten wie den hier vorgestellten.
Es ist auch möglich, dass andere mikrobielle Metaboliten und Zellwege eine Rolle spielen, aber die Forscher haben diese in dieser Studie nicht untersucht.
