Das Darmmikrobiom und die Geheimnisse des Alterns
Eine neue Studie ergab, wie die Darmmikrobiota älterer Mäuse das neuronale Wachstum junger Mäuse fördern kann, was zu vielversprechenden Entwicklungen bei zukünftigen Behandlungen führt.
Die Forschungsgruppe mit Sitz an der Nanyang Technological University (NTU) in Singapur übertrug die Darmmikrobiota älterer Mäuse in den Darm jüngerer Mäuse mit weniger ausgeprägter Darmflora.
Dies führte zu einer verstärkten Neurogenese (Neuronenwachstum) im Gehirn und verändertem Altern, was darauf hindeutet, dass die symbiotische Beziehung zwischen Bakterien und ihrem Wirt erhebliche Vorteile für die Gesundheit haben kann.
In den letzten 20 Jahren ist die Forschung über die Beziehung zwischen dem Wirt und den Bakterien, die in oder auf ihm leben, deutlich gestiegen.
Die Ergebnisse dieser Studien haben eine wichtige Rolle für diese Beziehung in Ernährung, Stoffwechsel und Verhalten etabliert.
Die medizinische Fachwelt hofft, dass diese neuesten Ergebnisse zur Entwicklung einer lebensmittelbasierten Behandlung führen könnten, um den Alterungsprozess zu verlangsamen.
In dieser Studie versuchte das Forschungsteam, die funktionellen Eigenschaften der Darmmikrobiota eines alternden Wirtes aufzudecken.
Die Forscher transplantierten Darmmikrobiota von alten oder jungen Mäusen in junge, keimfreie Mäuse.
Die Ergebnisse wurden in der Zeitschrift Science Translational Medicine veröffentlicht. (1)
Was war Gegenstand der Forschung?
Das Darmmikrobiom verändert sich mit dem Alter des Wirtes.
Um zu untersuchen, wie es sich entwickelt, hat das Forschungsteam das Darmmikrobiom von 24 Monate alten Mäusen in junge 6 Wochen alte, keimfreie Mäuse transplantiert.
Professor Sven Pettersson von der NTU Lee Kong Chian School of Medicine leitete das Team.
Nach 8 Wochen beobachteten Prof. Pettersson und Kollegen ein erhöhtes Darmwachstum und eine erhöhte Neurogenese im Gehirn der Mäuse.
Um das Experiment zu kontrollieren, übertrug das Team das Darmmikrobiom junger Mäuse auf keimfreie Mäuse gleichen Alters.
Die Forscher beobachteten nicht die gleichen Effekte wie bei den Mäusen, die das Darmmikrobiom von älteren Mäusen erhielten.
Das Team führte auch molekulare Analysen an den Nagetieren durch und stellte fest, dass sie einen erhöhten Butyrat-Spiegel hatten. Butyrat ist eine kurzkettige Fettsäure, die Darmmikroben produzieren.
Butyrat ist vorteilhaft für die Gesundheit und kann vor Krankheiten wie entzündlichen Darmerkrankungen, Darmkrebs, Fettleibigkeit und Diabetes schützen. (2)
Die Anreicherung bestimmter Darmmikroben und die erhöhte bakterielle Fermentation von Ballaststoffen im Dickdarm führten zu diesen erhöhten Butyrat-Werten.
Im Gegenzug stimulierten erhöhte Butyrat-Werte die Produktion des Pro-Langlebigkeitshormons FGF21.
FGF21 ist ein Fibroblasten-Wachstumsfaktor, der eine wichtige Rolle bei der Regulierung des Stoffwechsels spielt.
Erhöhte Werte von FGF21 waren auch mit einer erhöhten AMPKTrusted Source- und SIRT-1-Aktivität und einer reduzierten mTOR-Signalisierung verbunden. (3)
Dies ist wichtig, da eine erhöhte AMPK zu einer erhöhten Aufnahme von kurzkettigen Fettsäuren im Zellstoffwechsel führt.
SIRT-1 reguliert auch die Homöostase und kann vor einer Vielzahl von menschlichen Störungen schützen. (4)
Reduziertes mTOR kann vor menschlichen Krebsarten und verschiedenen entzündlichen Erkrankungen schützen. (5)
Weiter untersuchten die Forscher die Wirkung von Darmmikrobiom-Transplantaten auf den Verdauungstrakt der Mäuse.
Eine normale Alterung des Darmgewebes reduziert die Lebensfähigkeit der Darmzellen.
Dies ist mit einer verminderten Schleimproduktion verbunden, die zu einer erhöhten Zellschädigung und zum Tod führen kann.
Die Forscher fanden heraus, dass die Verpflanzung des Mikrobioms älterer Mäuse auf jüngere Mäuse zu einer Zunahme der Länge und Breite der Zotten führte, die kleine Strukturen sind, die die Darmwand ausmachen.
Die Mäuse, die das Mikrobiom von den älteren Mäusen erhalten hatten, hatten auch einen größeren Darm und einen längeren Dünndarm als die Kontrollgruppe, die das Mikrobiom von anderen jungen Mäusen erhalten hatte.
Die Forscher gaben den jungen keimfreien Mäusen auch selbst Butyrat und beobachteten, dass es zu ähnlichen Steigerungen der Neurogenese und des Darmwachstums führte.
Wie wurden diese Ergebnisse aufgenommen?
Wissenschaftler aus der ganzen Welt haben auf diese Ergebnisse reagiert.
Dr. Dario Riccardo Valenzano, Gruppenleiter am Max-Planck-Institut für Biologie of Ageing in Deutschland, sagt:
“Diese Ergebnisse sind spannend und werfen einige neue offene Fragen für die Biologie des Alterns und die Mikrobiomforschung auf”.
Einige dieser Fragen, so Dr. Valenzano, beinhalten “ob es eine aktive Akquisition von butyratproduzierenden Mikroben während des Mauslebens gibt und ob extreme Alterung zum Verlust dieser grundlegenden mikrobiellen Gemeinschaft führt, die schließlich für Dysbiose und altersbedingte Dysfunktionen verantwortlich sein kann”.
Darüber hinaus sagt Professor Brian Kennedy, Direktor des Centre for Healthy Ageing an der National University of Singapore:
“Es ist faszinierend, dass das Mikrobiom eines alten Tieres jugendliche Phänotypen bei einem jungen Empfänger fördern kann”.
“Dies deutet darauf hin, dass die alternden Mikrobiota modifiziert wurden, um die anwachsenden Defizite des Wirtes auszugleichen, und führt zur Frage, ob das Mikrobiom eines Jungtiers mehr oder weniger Auswirkungen auf einen jungen Wirt haben würde.”
“Die Ergebnisse bringen unser Verständnis der Beziehung zwischen dem Mikrobiom und seinem Wirt während des Alterns voran und schaffen die Voraussetzungen für die Entwicklung mikrobiombezogener Maßnahmen zur Förderung einer gesunden Langlebigkeit.”
Prof. Brian Kennedy
Auswirkungen auf zukünftige Behandlungen
Diese Ergebnisse sind vielversprechend für die zukünftige Entwicklung in der Behandlung von altersbedingten Krankheiten, wie z.B. neurogenerative Erkrankungen.
Sie deuten darauf hin, dass die Zusammensetzung der Darmmikrobiota und die Dynamik alterssensitiv ist und dass sich die Reaktion auf mikrobielle Hinweise im frühen Leben deutlich von der im späteren Leben unterscheidet.
Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Darmmikrobiota älterer Wirte mit metabolischer Homöostase die Gesundheit des Wirtes unterstützen kann.
Im Gegensatz dazu kann das Darmmikrobiom bei Erwachsenen mit Typ-2-Diabetes Entzündungswege induzieren.
Zu den Einschränkungen dieser Studie gehört die Tatsache, dass sich Mikrobiome im Laufe der Studie verändern können, auch bei kontrollierten Experimenten, wie den hier vorgestellten.
Es ist auch möglich, dass andere mikrobielle Metaboliten und Zellpfade eine Rolle spielen, aber die Forscher haben diese in dieser Studie nicht untersucht.
