Микробиом китайских долгожителей содержит антиоксидантную бактерию

Микробиота кишечника тесно связана со здоровьем и долголетием человека. Ранее было показано, что у долгожителей (людей, которые достигли столетнего возраста) состав кишечной микробиоты отличается от такового у молодых людей и пожилых индивидов, не относящихся к долгожителям, — он обогащен микроорганизмами, продуцирующими уникальные вторичные желчные кислоты. Бактерии долгожителей демонстрировали более высокий уровень метаболизма, особенно гликолиза и ферментации короткоцепочечных жирных кислот. Однако точная взаимосвязь между кишечной микробиотой и старением остается плохо изученной: при большом количестве метагеномных биоинформатических исследований почти не проводится культивирование функционально значимых микроорганизмов. Авторы новой работы обратились к культуромике — подходу, с помощью которого можно восполнить недостающие знания.

При удачно подобранном протоколе и подходящих условиях культивирования теоретически можно высеять все микроорганизмы, присутствующие в образце. Несмотря на то, что культуромика и метагеномика отлично дополняют друг друга и позволяют охарактеризовать кишечные бактерии со всех сторон, только 15% видов протестированы с использованием обеих технологий.

В своей работе ученые объединили метагеномное секвенирование и крупномасштабное культивирование микроорганизмов in vitro, чтобы выявить особенности микробиомов кишечника жителей так называемого города долголетия — уезда Цзяолин в Китае. В проекте приняли участие 247 здоровых людей, в том числе 18 долгожителей (возраст 100 лет и старше) и 19 человек в возрасте 81–99 лет. Все испытуемые находились на обычной диете и не принимали антибиотики в течение трех месяцев до начала исследования.

С помощью секвенирования 16S рРНК ученые выявили в образцах стула участников бактерии, принадлежащие к 270 родам, 107 семействам и 22 отделам. У людей 80 лет и старше ученые обнаружили повышение численности микроорганизмам из 13 родов, в частности, Lactobacillus, Akkermansia, Methanobrevibacter, Roseburia, представителей порядка Clostridiales и семейства Ruminococcaceae. Согласно литературным данным, все эти микроорганизмы благотворно влияют на метаболизм хозяина.

Основываясь на результатах метагеномного секвенирования, ученые проанализировали микробные метаболические пути. В кишечной микробиоте пожилых групп по сравнению с молодыми было повышено обилие генов, связанных с биодеградацией и метаболизмом ксенобиотиков. У долгожителей также было больше оксидоредуктаз, метилтрансфераз, ацетилтрансфераз и дегидрогеназ. Кроме того, прослеживались значимые связи между содержанием супероксиддисмутаз, глутатионстрантрансфераз и каталаз с увеличением возраста.

Из образцов возрастных участников ученые выделили и культивировали 2 055 штаммов бактерий. Большинство из них было обнаружено с помощью метагеномики, что подчеркивает взаимодополняемость двух подходов. В частности, удалось получить много изолятов различных видов Lactobacillus. Ученые проверили некоторые виды на антиоксидантную активность. Лучше всего себя проявил штамм Lactobacillus plantarum 124 (LP124).

Авторы секвенировали и охарактеризовали полный геном LP124. Они нашли в нем 140 генов, связанных с антиоксидантной активностью. Защитное действие штамма проверили на мышах, подвергнутых окислительному повреждению. При внутрижелудочном введении LP124 регулировал состав кишечной микробиоты и ее функции и уменьшал признаки окислительного стресса в печени и почках. С помощью жидкостной хроматографии с масс-спектрометрией ученые установили, что эффект может быть опосредован L-аскорбиновой кислотой — метаболитом LP124.

Результаты проведенного исследования подчеркивают тенденции в эволюции кишечной микробиоты человека с возрастом. По мнению авторов, сформированная микробиотой антиоксидантная система кишечника может способствовать здоровому старению и долголетию.