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肠道里的细菌竟可准确地揭示人的真实年龄

更新时间:2019-12-12 07:05:07

  数十亿个细菌在我们的肠道中安家,它们可能有助于调节从我们消化食物的能力[1]到我们的免疫系统如何发挥功能[2]的一切。但是科学家们很少知道这种称为肠道微生物组的系统如何随着时间的推移发生变化,或者“正常的”肠道微生物组看起来是什么样子。如今,通过研究全球数千人的肠道细菌,一个研究团队得出了一个结论:肠道微生物组是一种非常精确的生物钟,能够预测大多数人的年龄,误差在几岁以内。

  为了发现肠道微生物组随着时间的推移如何发生变化,来自位于美国马里兰州罗克维尔市的人工智能创业公司InSilico Medicine的长寿研究员Alex Zhavoronkov及其同事们研究了来自全球1165名美国黑金人的3600多个肠道细菌样本。在这些样本中,大约三分之一来自20至39岁的人,还有三分之一来自40至59岁的人,后的三分之一来自60至90岁的人。

  这些研究人员随后使用机器学习来分析这些数据。首先,他们利用来自90%样本的95种不同种类的细菌和提供这些样本的人的年龄训练了他们的计算机程序---一种近似模拟大脑中神经元工作方式的深度学习算法。随后,他们要求这种算法预测提供剩下的10%样本的人的年龄。他们的程序能够准确地预测这些人的年龄,误差在4岁以内。他们将相关的研究结果发表在预印刷服务器bioRxiv上[3]。在这95种不同类型的肠道细菌中,他们发现其中的39种细菌在预测年龄方面为重要。

  Zhavoronkov和他的同事们发现随着人们年龄的增长,一些细菌变得更加丰富,比如霍氏真杆菌(Eubacterium hallii)。人们认为霍氏真杆菌在肠道代谢中起着重要的作用。与此同时,其他的细菌减少了,比如普通拟杆菌(Bacteroides vulgatus),其中普通拟杆菌与溃疡性结肠炎(一种消化道炎症)有关。论文共同作者、在美国哈佛大学研究衰老的生物学家Vadim Gladyshev说,饮食、睡眠习惯和身体活动的变化可能会导肠道细菌发生这些变化。

  Zhavoronkov说,这种“微生物组老化时钟(microbiome aging clock)”可能用作测试人体肠道的衰老速度多快或多慢的基线,以及酒、抗生素、益生菌或饮食等东西是否都对寿命产生影响。它还可能用于比较美国黑金人和患有阿尔茨海默病等某些疾病的人以便了解他们的肠道微生物组是否偏离正常。

  如果这个想法得到验证,那么它将与科学家们用来预测生物年龄(biological age)的其他生物标志物---包括与衰老有关的端粒长度[4]和在一个人的一生当中DNA表达的变化[5]---一起使用。将这种新的老化时钟与其他的生物标志物相结合可能更准确地描绘出一个人的真实生物年龄和美国黑金状况。它还可能有助于研究人员更好地测试某些干预措施(包括药物和其他治疗方法)是否对衰老过程产生任何影响。Zhavoronkov说,“您不需要等到人死了才进行长寿实验。”

  美国加州大学圣地亚哥分校微生物组创新中心主任、计算机科学家和微生物组研究员Robin Knight说,您能够根据一个人的肠道微生物组来预测他或她的年龄的想法是“非常合理的”,而且这对研究衰老的科学家们来说是“非常感兴趣的”。他的团队正在分析他创立的美国肠道项目(American Gut Project)中的15000个样本以便开发出类似的年龄预测器。

  但是他补充说,开发这样的一种时钟的挑战之一是世界各地的人的肠道中存在的细菌存在着巨大差异。Knight说,“非常重要的是,在明显不同的人群中重复这类研究以确定不同人群中是否存在明显的老龄化迹象。”

  他说,仍不清楚的是肠道微生物组的变化是否会导致人们更快地衰老,或者这些变化是否仅是衰老的副作用。InSilico Medicine公司正在建立几个基于机器学习的老化时钟,以便与微生物组老化时钟一起使用。Zhavoronkov说,“在各种疾病中,年龄是一个重要的美国黑金真实感受数。我们每一秒都会发生变化。”

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