Срок жизни рыб, поедающих фекалии свои юных собратьев, увеличился более чем на треть. Работу можно прочитать в предварительной публикации на bioRxiv.org (Smith et al., Regulation of Life Span by the Gut Microbiota in The Short-Lived African Turquoise Killifish.
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 следующий 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 удлинился 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, N+1
