Немецкие исследователи из института Биологии Старения впервые пронаблюдали эффект омолаживания после обмена кишечной микрофлорой между небольшими рыбами, которые называются нотобранхами Фурцера. Срок жизни рыб, поедающих фекалии свои юных собратьев, увеличился более чем на треть. Работу можно прочитать в предварительной публикации на bioRxiv.org.

Микробиомом называется сообщество бактерий, обитающих в определенных условиях среды, в данном случае — в кишечнике. Такие бактерии являются симбионтами своих хозяев, и без них нормальный ход пищеварения невозможен. Как правило, в кишечнике живет одновременно множество видов бактерий, составляющих целую экосистему с определенным балансом, сдвиг которого может сильно повлиять на здоровье хозяина. В последнее время исследования микробиомов стали очень популярны, ученые полагают, что роль бактерий в организме не ограничивается перевариванием пищи, но затрагивает почти все его жизненные функции, включая иммунитет и даже память и способность к обучению.

Трансплантация микробиомов считается перспективной медицинской разработкой, и помогает справляться с такими опасными заболеваниями, как псевдомембранозный колит (о специальных банках фекалий мы уже рассказывали раньше), и даже с менее серьезными проблемами, например, с запахом из подмышек. Такого рода лечение иногда оказывается гораздо эффективнее и менее вредным, чем применение антибиотиков.

Известно, что на продолжительность жизни влияют, в частности, температура среды и характер питания организма (холод и малое количество еды способствуют у некоторых организмов ее продлению), но, в целом, возможности влиять на этот процесс изучены еще недостаточно хорошо. Известная разница между составами микробиомов в молодом и старом возрасте (показано существенное снижение разнообразия состава микробиомов у старых особей) натолкнула ученых на мысль о возможном омолаживающем эффекте при соответствующей трансплантации. Предыдущие исследования показали, также, что восстановление баланса кишечной микрофлоры при дисбактериозе, например, у дрозофил, приводит к продлению их жизни.

Нотобранхи живут всего пару месяцев — очень короткий для позвоночного животного срок — и поэтому являются удобным модельным организмом для исследования процессов старения. Они также являются жилищем для широкого спектра микробов в юном возрасте, а к старости теряют большую часть разнообразия своих симбионтов. Глядя на состав кишечника рыбы, можно легко определить ее возраст, отмечают исследователи. Снижение разнообразия в старости касается не только числа видов бактерий, но и вклада крупных таксономических единиц в углеводный, нуклеотидный и аминокислотный метаболизм. Выяснилось, что в старых организмах преобладают представители Proteobacteria, которые способны вызывать дисбактериоз, тогда как юные формы отличались разнообразием Firmicutes, Actinobacteria и Bacteroidetes; кроме того, у них лучше были налажены системы репарации ДНК, что обеспечивает способность микробиома защищаться и поддерживать гомеостаз. При этом старые рыбы довольно значительно отличаются друг от друга по составу микробиома, а у молодых его состав более или менее одинаков.

Для того, чтобы исследовать возможный омолаживающий эффект трансплантации микробиома нотобранхов или убедиться в его отсутствии, ученые проводили следедующий эксперимент. Сначала они кормили 9,5-недельных рыб антибиотиками, чтобы уничтожить их собственных бактерий, а затем помещали их в чистый аквариум, содержащий фекалии 6-недельных рыб. «Нотабранхи обычно не едят фекалии, — отмечает генетик Дарио Валенцано, руководитель проекта, — но они пробуют на вкус все, что напоминает еду, и поэтому микробы смогут попасть внутрь их организма». Убедившись в том, что микробы прижились, ученые стали наблюдать за дальнейшим течением жизни рыб. Спустя полтора месяца состав их кишечной микрофлоры по-прежнему был сходен с шестинедельными особями, и исследуемые нотобранхи резво плавали по аквариуму, в отличие от своих обычных сверстников, для которых такой возраст уже считается почтенным. Срок жизни исследуемых нотобранхов удлиннился, в среднем, на 41 процент.

При этом противоположный эксперимент — кормление юных рыб фекалиями старых рыб — не имел обратного эффекта и не оказывал влияния на продолжительность их жизни. Раньше подобные эксперименты «юной крови» проводили, например, с мышами — при объединении двух кровеносных систем более старая мышь поправляла здоровье, а молодая свое не ухудшала.

Транскриптомный анализ показал, что старение кишечника нотобранха связано с повышением воспалительных процессов и снижения процессов пролиферации и дифференциации его клеток. Исследователи полагают, что с возрастом иммунитет рыбы слабеет, а в микробиоме начинают преобладать более вредные бактерии, и организм занят, в основном, борьбой с ними, а не нормальным функционированием, и поэтому пересадка юных микробиомов может помочь восстановить прежний баланс и «починить» кишечник. Кроме того, юный микробиом может влиять каким-то образом и на саму имунную систему. В дальнейшем ученые собираются исследовать соответствующие механизмы, а также попробовать провести подобные эксперименты на дрозофилах и на мышах. О том, как старым мышам в целях омоложения пересаживали яичники юных особей, можно прочитать здесь.

Анна Казнадзей