Идея о роли кишечного микробиома в старении принадлежит нобелевскому лауреату И.И. Мечникову. Он предположил, что с возрастом в толстом кишечнике развивается патогенная микрофлора, которая отравляет организм, вызывая патологическое ускоренное старение. Именно его исследования заложили научную основу для применения кисломолочных продуктов питания в оздоровлении организма. И сейчас микробиом человека рассматривается как важная терапевтическая мишень. Лечение дисбаланса микробиоты играет все более важную роль в профилактической медицине.
Закон Эшби гласит: чем разнообразнее экосистема, тем она устойчивее, а следовательно, менее подвержена разрушительным влияниям. Согласно исследованиям С. Рампелли, в кишечнике с возрастом снижается биоразнообразие микрофлоры. Уменьшается количество представителей нормофлоры клостридий и бифидобактерий и возрастает доля патобионтов[121]– энтеробактерий и грибов, которые способствуют воспалительным процессам кишечника. Больше всего от подобных изменений страдает бактериальный синтез короткоцепочечных органических кислот – пирувата и бутаноата, необходимых для питания эпителиальных клеток стенки кишечника. С возрастом снижается сахаролитический[122]потенциал микробиоты, однако возрастает протеолитический[123]. Проникновение эндотоксинов[124]патологических бактерий через стенку кишечника в кровь или лимфу может сопровождаться системным воспалением.
Сегодня с помощью технологий высокопроизводительного параллельного секвенирования[125]можно анализировать особенности микробных метаболических путей и «сигнальных систем». Фундаментальным прорывом в развитии метагеномики[126]микробиома человека можно считать создание двух консорциумов: MetaHIT (Metagenome of Human Intestinal Tract) в Европе и HMP (Human Microbiome Project) в США. Ученые из MetaHIT совместно с коллегами из Пекинского института генома создали каталог из 3,3 миллиона бактериальных генов кишечника человека. В это же время исследователями из США были опубликованы геномы микроорганизмов (бактерий и архей), найденных в микробиоте человека. Недавно был создан Русский метагеномный проект (http://www.metagenome.ru), основным участником которого является НИИ физико-химической медицины Минздравсоцразвития РФ. На основе метагеномных данных проводится предсказание риска развития патологий, связанных с дисбалансом микробиоты.
Омиксные биомаркеры старения
Как мы увидели, не существует «идеального» биомаркера старения. В связи с удешевлением современных высокопроизводительных методов изучения биологических молекул многообещающим подходом может стать полный анализ и сопоставление профилей ДНК, РНК, белков и метаболитов[127]людей разных возрастов с разным спектром хронических заболеваний.
Наука, изучающая структуру и функции совокупности всех наших генов, – геномика, белков, – протеомика, метаболитов, – метаболомика. Опираясь на сходство окончаний в этих терминах, биомаркеры, разрабатываемые в рамках этих наук, называют омиксными. Старение – слишком сложный процесс, чтобы полагаться на изменение одного-двух показателей. Поэтому, опираясь на современные технические возможности, исследователи стали анализировать «омики», то есть все совокупности генов, транскриптов, метаболитов и белков (табл. 2).
Таблица 2. Омиксные исследования человека
1 Присоединение метильной группы к цитозину в составе CpG-динуклеотида молекулы ДНК без изменения самой нуклеотидной последовательности ДНК.
2 Класс ядерных белков, выполняющих две основные функции: они участвуют в упаковке нитей ДНК в ядре и в эпигенетической регуляции таких ядерных процессов, как транскрипция, репликация и репарация.
3 Белки, структура которых в основном совпадает со структурой гистона, но свойства несколько изменены из-за различий в аминокислотной последовательности.
4 Закономерная регулярность, образец, рисунок.
5 Малые молекулы РНК, не кодирующие белок, принимающие участие в транскрипционной и посттранскрипционной регуляции активности генов путем РНК-интерференции.
1 Матричная РНК, содержащая информацию о первичной структуре (аминокислотной последовательности) белков.
Геномика
Наиболее развит и доступен каждому уже сейчас геномный подход. Строго говоря, исследования генома не дают нам биомаркеров старения. В геноме лишь кроется ключ к наследственным задаткам, которые достались нам от родителей и свидетельствуют, например, о потенциальном риске синдромов ускоренного старения (наследственных болезнях, при которых в 30 лет люди становятся глубокими старцами) или предрасположенности к тому или иному возрастзависимому заболеванию (раку, сахарному диабету 2-го типа, нейродегенерации). Учет таких рисков и коррекция в соответствии с ними образа жизни и частоты профилактических обследований – залог здорового долголетия. В ряде случаев, когда речь идет о накопленных с возрастом соматических мутациях[128], анализ генома какой-либо ткани (например, клеток крови или кожи) может помочь спрогнозировать риск развития патологии, например опухоли, или оценить общий темп старения.
В основе определения генетической предрасположенности лежит несколько видов анализа.
Во-первых, это исследование снипов – вариаций последовательности ДНК, когда один из нуклеотидов в геноме одного индивидуума отличается от другого. Анализ предрасположенности по снипам стал возможен благодаря масштабным исследованиям ассоциации между заболеваемостью и последовательностью генома у большого количества людей по всему миру.
