Вчені пересадили бактерії від старих мишей молодим і виявили, що клітини в їх кишечнику і мозку стали ділитися активніше. Це спростовує існуючі уявлення про те, що мікробіота в старому організмі тільки посилює старіння і порушення фізіологічних функцій. Відповідальним за стимуляцію стовбурових клітин дослідники призначили бутират - короткоцепочкову жирну кислоту. Сам по собі він теж викликав у мишей аналогічні ефекти. Роботу опубліковано в журналі.
З віком в організмі змінюється не тільки робота власних клітин, але і склад кишкового мікробіома. Досі не ясно, чим це викликано - можливо, зміною раціону або зміни в роботі кишечника - але так чи інакше домінуючі клани бактерій втрачають свої позиції. На зміну приходять опортуністичні види - ті, хто не зміг би скласти їм конкуренцію в молодому організмі.
Людина і її мікроби все життя проводять пліч-о-пліч, тому складно сказати, хто з них починає старіти першим і викликає старіння іншого. Щоб якось у цьому розібратися, вчені намагаються пересаджувати кишкові бактерії між тваринами різного віку і подивитися на результат. У попередніх експериментах вже вдалося з'ясувати, що трансплантація від молодих донорів старим дозволяє продовжити життя реципієнту. Це справедливо щонайменше для короткоживучих рибок і передчасно старіючих мишей.
Група вчених із Сінгапуру, Китаю, Австралії та Великобританії під керівництвом Свена Петерсона (Sven Pettersson) з Каролінського інституту в Стокгольмі проводила зворотний експеримент - дослідники пересаджували мікробіом від літніх мишей молодим. Донорами стали здорові 24-місячні тварини (термін життя лабораторної миші - 2-3 роки), а одержувачами - 2-3 місячні безмікробні миші. Як контроль безмікробним мишам трансплантували бактерії від звичайних молодих мишей.
Обмін мікробами складався з двох фаз: фекальної трансплантації і спільного життя в клітинах - щоб шкірні бактерії теж змогли колонізувати молодих реципієнтів. Потім вчені взяли зразки мікробіоти і підтвердили, що у молодих мишей вона стала схожа на старих, тобто пересадка вдалася.
Відомо, що з віком запаси стовбурових клітин в організмі виснажуються, а вцілілі діляться рідше, ніж у молодості. Тому дослідники перевірили, що відбувається в гіпокампі мишей-реципієнтів. Це одна з небагатьох областей у мозку, де у дорослих мишей триває нейрогенез - ділення клітин нервової тканини. Вчені виявили, що після пересадки старих мікробів клітин, що розмножуються, в мозку стало більше приблизно на чверть, і цей ефект зберігався протягом декількох місяців.
Щоб підтвердити своє спостереження, автори роботи звернули увагу на кишківник мишей. Після пересадки в ньому з'явилося більше ворсинок, і самі вони стали довшими. Кількість клітин, що діляться, теж зросла.
Дослідники припустили, що мікроби якось впливають на обмін речовин в організмі - це могло б пояснити вплив на такі віддалені один від одного органи, як кишечник і мозок. Тому вони підрахували рівень експресії різних генів у печінці, головному відповідальному за обмін речовин. Виявилося, що під дією «старих» мікробів у клітинах печінки стали активніше працювати гени, які пов'язані з відповіддю на стрес - при тому що з віком клітини на стрес реагують, як правило, все гірше. Крім того, зросла експресія генів, пов'язаних з довголіттям, наприклад сиртуїнів, і знизилася експресія mTOR - білка, який, навпаки, прискорює старіння.
Вчені припустили, що в основі впливу мікробів лежить якийсь метаболіт, який міг би проходити через гематоенцефалічний бар'єр. Коли вони зібрали метагеном кишкових бактерій у старих мишей, то виявили, що серед них досить багато виробників бутирату. Це короткоцепочкова жирна кислота, яка підгодовує клітини кишечника, всмоктується в кров і діє на різні інші органи, в тому числі покращує когнітивні здібності тварин і сприяє навчанню.
Коли вчені підгодували молодих безмікробних мишей бутиратом, то виявили ті ж ефекти, що і після пересадки бактерій - ті ж зміни в експресії генів у печінці і зростання клітин, що діляться в гіпокампі.
Тварини, від яких пересаджували бактерії, були літніми, але здоровими. Це може означати, що в деякому роді вони аналогічні людям-довгожителям. У той же час, давно відомо, що у людей, які доживають до певного віку, в кишечнику накопичуються «корисні» опортуністичні бактерії, які не порушують роботу організму, а допомагають їй перебудуватися на інший режим. Ймовірно, приблизно таким же чином діють і бактерії з кишечника мишей, а бутират - їх основний інструмент впливу.
Досі вважалося, що тільки пересадка бактерій або переливання крові від молодих тварин може надавати сприятливий ефект на організм, у тому числі - запускати ділення клітин у гіпокампі. Але в цьому експерименті мікробна трансплантація від молодих мишей старим не підвищила рівень бутирату в крові і не змусила клітини ділитися.
Що характерно, в цьому експерименті вчені виявили, що в клітинах печінки зростає експресія фактора росту, а в клітинах гіпокампу - рецептора до нього. Нещодавно ми розповідали про те, як генна терапія за допомогою саме цих генів врятувала мишей відразу від декількох вікових хвороб.