數(shù)十億個(gè)細(xì)菌在我們的腸道中安家并發(fā)揮著調(diào)節(jié)作用，從我們消化食物的能力到免疫系統(tǒng)的運(yùn)作，都離不開這些腸道菌群的幫助。但是，科學(xué)家們對(duì)這種被稱為微生物組的系統(tǒng)可謂是知之甚少。這個(gè)系統(tǒng)如何隨著時(shí)間的推移發(fā)生變化，“正常的”微生物組究竟長什么樣，諸如此類的問題科學(xué)家們也無法全部回答上來。

▲脆弱擬桿菌是人體腸道微生物組的主要成分之一（圖片來源：123RF）

但是就在近日，研究人員發(fā)現(xiàn)了一個(gè)關(guān)于微生物組的“秘密”：在研究了全球成千上萬人的腸道細(xì)菌后，他們發(fā)現(xiàn)，腸道微生物組其實(shí)是一個(gè)精確度驚人的“生物鐘”，能夠預(yù)測大多數(shù)人的年齡，其誤差只有幾歲。

為了研究腸道微生物組是如何隨時(shí)間變化的，來自Insilico Medicine的Alex Zhavoronkov博士及其同事分析了來自全球1165名健康人的3600多個(gè)腸道細(xì)菌樣本。在這些樣本中，約三分之一來自20-39歲的人，三分之一來自40-59歲的人，而最后三分之一來自60-90歲的人。

▲該研究的原理示意圖（圖片來源：bioRxiv）

隨后，研究人員們利用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，來對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。首先，他們利用90%樣本中的95中不同種類細(xì)菌，以及提供這些樣本的人的年齡，訓(xùn)練了一個(gè)深度學(xué)習(xí)算法，來近似模擬大腦中神經(jīng)元的運(yùn)轉(zhuǎn)方式。然后，研究人員使用該算法來預(yù)測剩余10%樣本中人的年齡。結(jié)果顯示，算法準(zhǔn)確地預(yù)測出了這些人的年齡，誤差在4歲以內(nèi)。同時(shí)他們還發(fā)現(xiàn)，在這95種不同的細(xì)菌中，有39種在預(yù)測年齡方面發(fā)揮了重要作用。

▲算法預(yù)測年齡與實(shí)際年齡對(duì)比示意圖，其中藍(lán)色為實(shí)際年齡，橘色為算法預(yù)測年齡（圖片來源：bioRxiv）

Zhavoronkov博士和他的同事們發(fā)現(xiàn)，隨著年齡的增長，一些腸道細(xì)菌的數(shù)量會(huì)不斷增加?；羰险鏃U菌（Eubacterium hallii）就是個(gè)很好的例子，這種細(xì)菌對(duì)于腸道中的新陳代謝非常重要。另外也有一些細(xì)菌數(shù)量在隨年齡增長而減少，例如與潰瘍性結(jié)腸炎有關(guān)的普通擬桿菌（Bacteroides vulgatus）。研究人員表示，飲食、睡眠習(xí)慣和身體活動(dòng)的改變都可能會(huì)導(dǎo)致腸道菌群種類的變化。

Zhavoronkov博士表示，這種“微生物組老化時(shí)鐘（microbiome aging clock）”可以看作基線，來測試一個(gè)人的腸道老化速度，以及酒精、抗生素、益生菌或飲食等因素對(duì)長壽的影響。同時(shí)，它也可以用來將健康人和患有阿茲海默病等疾病的人進(jìn)行比較，從而觀察患者的微生物組是否偏離了常規(guī)狀態(tài)。

一旦這個(gè)發(fā)現(xiàn)得到驗(yàn)證，那么它將與那些用來預(yù)測生物年齡的其他生物標(biāo)志物一起使用，其中包括衰老相關(guān)染色體端粒的長度，和人一生中DNA表達(dá)的變化情況等。將這種新型老化時(shí)鐘與其他生物標(biāo)志物相結(jié)合，可以更準(zhǔn)確地反映出一個(gè)人的真實(shí)生物學(xué)年齡和健康狀況。 同時(shí)，它還可以幫助研究人員更好地測試包括藥物和其他治療手段在內(nèi)的干預(yù)措施是否對(duì)衰老過程產(chǎn)生影響。

除了腸道菌群之外，Insilico Medicine還在構(gòu)建幾個(gè)基于機(jī)器學(xué)習(xí)的老化時(shí)鐘，來同微生物組相結(jié)合?！安徽撌鞘裁醇膊?，年齡都是一個(gè)重要的參考指標(biāo)，”Zhavoronkov博士表示：“因?yàn)槲覀兊纳眢w每時(shí)每刻都在發(fā)生變化?！?/p>

參考資料：

[1] Galkin, et al., (2018). Human microbiome aging clocks based on deep learning and tandem of permutation feature importance and accumulated local effects. bioRxiv, doi: https://doi.org/10.1101/507780

[2]The bacteria in your gut may reveal your true age. Retrieved January 16, 2019, from https://www.sciencemag.org/news/2019/01/bacteria-your-gut-may-reveal-your-true-age

來源：藥明康德AI