數十億個細菌在我們的腸道中安家并發(fā)揮著調節(jié)作用，從我們消化食物的能力到免疫系統(tǒng)的運作，都離不開這些腸道菌群的幫助。但是，科學家們對這種被稱為微生物組的系統(tǒng)可謂是知之甚少。這個系統(tǒng)如何隨著時間的推移發(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)現了一個關于微生物組的“秘密”：在研究了全球成千上萬人的腸道細菌后，他們發(fā)現，腸道微生物組其實是一個精確度驚人的“生物鐘”，能夠預測大多數人的年齡，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多個腸道細菌樣本。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，研究人員們利用機器學習技術，來對數據進行分析。首先，他們利用90%樣本中的95中不同種類細菌，以及提供這些樣本的人的年齡，訓練了一個深度學習算法，來近似模擬大腦中神經元的運轉方式。然后，研究人員使用該算法來預測剩余10%樣本中人的年齡。結果顯示，算法準確地預測出了這些人的年齡，誤差在4歲以內。同時他們還發(fā)現，在這95種不同的細菌中，有39種在預測年齡方面發(fā)揮了重要作用。

▲算法預測年齡與實際年齡對比示意圖，其中藍色為實際年齡，橘色為算法預測年齡（圖片來源：bioRxiv）

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

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

一旦這個發(fā)現得到驗證，那么它將與那些用來預測生物年齡的其他生物標志物一起使用，其中包括衰老相關染色體端粒的長度，和人一生中DNA表達的變化情況等。將這種新型老化時鐘與其他生物標志物相結合，可以更準確地反映出一個人的真實生物學年齡和健康狀況。 同時，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的干預措施是否對衰老過程產生影響。

除了腸道菌群之外，Insilico Medicine還在構建幾個基于機器學習的老化時鐘，來同微生物組相結合?！安徽撌鞘裁醇膊?，年齡都是一個重要的參考指標，”Zhavoronkov博士表示：“因為我們的身體每時每刻都在發(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