Opakovaná transplantace střevní mikrobioty od mladých myší zlepšuje zdraví starých myší
Nedávná studie přinesla zajímavé poznatky o vlivu střevní mikrobioty na stárnutí. Vědci zjistili, že opakovaná transplantace střevních mikrobů od mladých myší starým myším vedla ke zlepšení propustnosti střev, koordinace pohybů a metabolických profilů, a zároveň snížila zánětlivé reakce [1].
Malé rozměry, velký dopad
Předchozí výzkumy ukázaly, že složení a funkce střevních mikrobů (mikrobioty) se s věkem mění. Tyto změny jsou spojovány se zdravím a délkou života [2], což naznačuje, že ovlivnění mikrobioty by mohlo být cestou k prodloužení života a zlepšení zdraví ve stáří.
První experimenty s transplantací mikrobioty u modelových organismů přinesly pozitivní výsledky, naznačující možnost prodloužení života [3] nebo zlepšení funkce mozku [4]. Nicméně, tyto studie obvykle zahrnovaly pouze jednu transplantaci a často využívaly myši bez mikroflóry (germ-free), které vykazují řadu fyziologických změn, od oslabeného imunitního systému po problémy s vstřebáváním živin [3]. Výchova v bezmikrobním prostředí také nepředstavuje přístup, který by se dal v budoucnu přenést do humánní terapie.
Jiný přístup
Autoři této studie zvolili odlišný přístup. Prováděli opakované (každých 8 týdnů) transplantace fekální mikrobioty a použili běžně chované myši. Před každou transplantací myši ošetřili antibiotiky, aby vyhubili jejich původní střevní mikroflóru a zvýšili účinnost přenosu nové mikrobioty. Použití antibiotik s sebou nese určitá rizika, jako je možnost vzniku antibiotické rezistence a potenciální vliv antibiotik na procesy stárnutí.
Pro dosažení omlazujícího účinku pocházela mikrobiota od 8 týdnů starých myší (mladá mikrobiota). Kontrolní skupině myší byla transplantována mikrobiota od zvířat stejného věku.
Optimalizace pro delší život
Vědci sledovali zvířata až do konce experimentu (120. týden), kdy velká část myší v kontrolní skupině rychle uhynula. To naznačovalo prodloužení života ve skupině, která dostávala mladou mikrobiotu. Nicméně, tento výsledek nebyl statisticky významný kvůli nízkému počtu zbývajících zvířat.
Vědci se domnívají, že nedostatek statistické významnosti, navzdory relativně velkému počtu zvířat na začátku studie (20 v každé skupině), by mohl být způsoben variabilitou biologické odpovědi na léčbu. Také poznamenali, že úhyn několika zvířat v obou skupinách v raných fázích experimentu mohl přispět k nedostatku statistické významnosti. Tato úmrtí byla způsobena poraněními při násilném krmení zvířat během transplantace mikrobioty.
V budoucích studiích doporučují optimalizovat léčebný režim pro dosažení optimálního prodloužení života. Domnívají se, že klíčové jsou parametry jako dávkování antibiotik, frekvence transplantací a méně invazivní metody fekální transplantace.
Zlepšení, ale ne všude
Vědci analyzovali několik fenotypů souvisejících se stárnutím. Nezaznamenali žádný rozdíl mezi skupinami v oblasti glukózové homeostázy, měřené glukózovým tolerančním testem.
Svalová funkce, hodnocená měřením síly stisku, také nevykázala rozdíly mezi skupinami. Nicméně, u myší, kterým byla transplantována mladá mikrobiota, vědci pozorovali zlepšení koordinace pohybů.
Omlazená mikrobiota omlazuje hostitele
Vzhledem k tomu, že mikrobiota je v přímém kontaktu se střevní stěnou, vědci analyzovali vliv transplantací mikrobioty na střevní bariéru. Transplantace mladé mikrobioty snížily množství bakteriálních antigenů pronikajících skrz střevní stěnu, což naznačuje zlepšení funkce střevní bariéry.
Změny byly pozorovány také ve složení mikrobioty. Skupina, která dostávala transplantaci mladé mikrobioty, měla složení mikrobioty podobnější složení mikrobioty 8 týdnů starých zvířat. Metabolické funkce mikrobiomu se také omladily. Tato omlazená mikrobiota „poskytovala hostiteli prospěšné metabolické funkce, a tím mohla přispět k oddálení fyziologických procesů spojených se stárnutím.“
Mezi zlepšeným složením mikrobioty u zvířat, kterým byla transplantována mladá mikrobiota, vědci poukázali na zvýšené množství bakterie Akkermansia, která je u myší spojována se zlepšením zdraví a prodloužením života [5]. Nicméně, některé výsledky vyžadují další zkoumání a objasnění, včetně sníženého množství bakterií rodu Lactobacillus, které jsou obvykle považovány za prospěšné, u zvířat, kterým byla transplantována mladá mikrobiota. Vědci spekulují, že rozdíly mezi specifickými kmeny by mohly být příčinou těchto rozdílů, ale to vyžaduje další výzkum.
Omlazené biologické procesy
Transplantace mladé mikrobioty vedla ke změnám v genové expresi imunitních buněk, buněk tlustého střeva a tenkého střeva. Mnoho z těchto změn bylo specifických pro daný typ buněk a naznačovaly vliv na některé procesy související se stárnutím.
Nejprve vědci hodnotili mezenchymální skóre měřením exprese charakteristických mezenchymálních genů v epiteliálních buňkách. Zvýšený přechod epiteliálních buněk do mezenchymálního stavu je spojen s vyšším věkem. U zvířat, kterým byla transplantována mladá mikrobiota, pozorovali nižší mezenchymální skóre v několika typech střevních epiteliálních buněk ve srovnání s kontrolní skupinou, což naznačuje omlazující procesy.
Dále vědci použili genovou expresi spojenou se zánětem souvisejícím se stárnutím k vytvoření zánětlivého skóre. Toto skóre bylo nižší u mladých myší ve srovnání se starými myšmi.
U myší, které podstoupily celoživotní transplantace mikrobioty, bylo zánětlivé skóre nižší u mnoha imunitních buněk myší, kterým byla transplantována mladá mikrobiota. Toto pozorování odpovídá dříve pozorované obnovené střevní bariéře u těchto zvířat, protože snížené pronikání látek skrz bariéru pomáhá snižovat zánět.
Kromě genové exprese vědci také zkoumali interakce ligand-receptor, což jsou interakce mezi dvěma proteiny, které po rozpoznání se mohou iniciovat a regulovat mnoho biologických procesů.
Analýza naznačila méně interakcí ligand-receptor v epiteliálních a imunitních buňkách pocházejících od myší, kterým byla transplantována mladá mikrobiota. Nicméně, existovaly rozdíly mezi těmito dvěma typy buněk, přičemž epiteliální buňky vykazovaly silnější interakce. Podle autorů tyto výsledky naznačují „cílenější transkripční odpověď po omlazení mikrobiomu.