随着年龄的增长，肠道细菌的代谢活性发生变化，这对宿主不利，基尔和耶拿的一个研究团队发现了这一点。
- 老年时微生物组的代谢活性显著降低，动物数据和计算机模型分析显示
- 细菌产生的对身体至关重要的物质减少，这可能会促进衰老
- 另一项来自基尔的研究表明，反复且终生地移植“年轻”的微生物组可以阻止小鼠的衰老过程
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、疾病和衰老过程中起着重要作用。多项研究表明，微生物组会“老化”并驱动宿主的衰老过程。此前尚不清楚微生物组通过哪些机制控制宿主的衰老。这个问题由基尔大学（CAU）医学系教授克里斯托夫·卡莱塔（Christoph Kaleta）领导的研究团队和耶拿大学医院（UKJ）的克里斯蒂安·弗拉姆博士（Christiane Frahm）领导的研究团队进行了研究。基尔提供了代谢建模的专业知识，而耶拿则提供了关键的实验数据。这项工作是在玛丽·居里创新培训网络SmartAge（ITN）框架下进行的，该网络由耶拿协调，并得到了欧盟“地平线2020”计划的支持。
在这项研究中，研究人员能够证明，在衰老过程中，微生物组的代谢活性显著下降。“这些变化直接反映在宿主的代谢过程中，”卡莱塔强调说，他是医学系统生物学工作组负责人，也是协作研究中心（CRC 1182）“元生物体的起源和功能”的成员。研究结果最近发表在《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变化的方法，例如通过特定的食物补充剂。在另一项发表在《微生物组》杂志上的研究中，卓越集群PMI通过反复的微生物年轻化治疗成功减缓了动物模型中的衰老过程。
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变化，并参与与年龄相关的进程。“研究表明，将老年动物的微生物组转移到年轻动物身上可以增加炎症过程，而相反地，将年轻微生物组移植到老年动物身上显示出恢复活力的效果——这种现象已在多种物种中观察到，”弗拉姆说，她在UKJ领导一个研究小组，研究肠道-大脑相互作用和衰老。“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。为此使用了来自不同年龄组小鼠的肠道、脑、肝组织和粪便样本的分子生物学数据。利用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的分子。“例如，我们发现宿主经常将微生物组用作一种回收器，”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。这使资源得到更有效的利用，尽管这种效率随年龄增长而下降。
微生物代谢活性随年龄增长而下降
研究的关键发现之一是，随着年龄的增长，微生物组的代谢活性显著下降。“各个细菌种类之间的合作效率越来越低，越来越多地竞争营养物质，”第一作者莉娜·贝斯特（Lena Best）解释说。这对宿主有直接影响，因为许多基本细胞功能——包括稳定肠道屏障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·罗森斯泰尔教授领导的卓越集群PMI对小鼠进行的另一项研究显示，确实可以减缓宿主和微生物组的衰老过程。“早期的研究已经有了一些孤立的迹象，但这是我们第一次尝试在整个小鼠寿命内使微生物组年轻化，”罗森斯泰尔解释说，他是卓越集群PMI的董事会成员，也是基尔大学医学系和石勒苏益格-荷尔斯泰因大学医学中心（UKSH）临床分子生物学研究所（IKMB）所长。为此，每隔八周给动物移植一次年轻小鼠的粪便，持续两年，而对照组的小鼠则是通过粪便移植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，”第一作者费利克斯·索默博士（Felix Sommer）强调说，他在IKMB领导功能性宿主微生物组研究小组。“运动协调性得到改善，肠道屏障得以保留。”进一步的分析还显示，年轻微生物组中的促炎因子较少。在宿主即小鼠体内，典型的炎症老化迹象减少。炎症老化是一种组织中轻度、持续的炎症，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。
基于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变化中起着关键作用。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的年龄相关变化，”卡莱塔解释说。使用简单模式生物进行的初步研究表明，确实可以通过特定的食物补充剂来影响微生物组。这是朝着开发基于微生物组的抗衰老疗法迈出的重要一步。
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