數(shù)十億個細菌在我們的腸道中安家,它們可能有助于調節(jié)從我們消化食物的能力[1]到我們的免疫系統(tǒng)如何發(fā)揮功能[2]的一切.但是科學家們很少知道這種稱為腸道微生物組的系統(tǒng)如何隨著時間的推移發(fā)生變化,或者“正常的”腸道微生物組看起來是什么樣子.如今,通過研究全球數(shù)千人的腸道細菌,一個研究團隊得出了一個結論：腸道微生物組是一種非常精確的生物鐘,能夠預測大多數(shù)人的年齡,誤差在幾歲以內.

 

為了發(fā)現(xiàn)腸道微生物組隨著時間的推移如何發(fā)生變化,來自位于美國馬里蘭州羅克維爾市的人工智能創(chuàng)業(yè)公司InSilico Medicine的長壽研究員Alex Zhavoronkov及其同事們研究了來自全球1165名健康人的3600多個腸道細菌樣本.在這些樣本中,大約三分之一來自20至39歲的人,還有三分之一來自40至59歲的人,最后的三分之一來自60至90歲的人.

 

 

這些研究人員隨后使用機器學習來分析這些數(shù)據.首先,他們利用來自90%樣本的95種不同種類的細菌和提供這些樣本的人的年齡訓練了他們的計算機程序---一種近似模擬大腦中神經元工作方式的深度學習算法.隨后,他們要求這種算法預測提供剩下的10%樣本的人的年齡.他們的程序能夠準確地預測這些人的年齡,誤差在4歲以內.他們將相關的研究結果發(fā)表在預印刷服務器bioRxiv上[3].在這95種不同類型的腸道細菌中,他們發(fā)現(xiàn)其中的39種細菌在預測年齡方面最為重要.

 

Zhavoronkov和他的同事們發(fā)現(xiàn)隨著人們年齡的增長,一些細菌變得更加豐富,比如霍氏真桿菌（Eubacterium hallii）.人們認為霍氏真桿菌在腸道代謝中起著重要的作用.與此同時,其他的細菌減少了,比如普通擬桿菌（Bacteroides vulgatus）,其中普通擬桿菌與潰瘍性結腸炎（一種消化道炎癥）有關.論文共同作者 在美國哈佛大學研究衰老的生物學家Vadim Gladyshev說,飲食 睡眠習慣和身體活動的變化可能會導腸道細菌發(fā)生這些變化.

 

Zhavoronkov說,這種“微生物組老化時鐘（microbiome aging clock）”可能用作測試人體腸道的衰老速度多快或多慢的基線,以及酒 抗生素 益生菌或飲食等東西是否都對壽命產生影響.它還可能用于比較健康人和患有阿爾茨海默病等某些疾病的人以便了解他們的腸道微生物組是否偏離正常.

 

如果這個想法得到驗證,那么它將與科學家們用來預測生物年齡（biological age）的其他生物標志物---包括與衰老有關的端粒長度[4]和在一個人的一生當中DNA表達的變化[5]---一起使用.將這種新的老化時鐘與其他的生物標志物相結合可能更準確地描繪出一個人的真實生物年齡和健康狀況.它還可能有助于研究人員更好地測試某些干預措施（包括藥物和其他治療方法）是否對衰老過程產生任何影響.Zhavoronkov說,“你不需要等到人死了才進行長壽實驗.” 

 

美國加州大學圣地亞哥分校微生物組創(chuàng)新中心主任 計算機科學家和微生物組研究員Robin Knight說,你能夠根據一個人的腸道微生物組來預測他或她的年齡的想法是“非常合理的”,而且這對研究衰老的科學家們來說是“非常感興趣的”.他的團隊正在分析他創(chuàng)立的美國腸道項目（American Gut Project）中的15000個樣本以便開發(fā)出類似的年齡預測器.

 

但是他補充說,開發(fā)這樣的一種時鐘的挑戰(zhàn)之一是世界各地的人的腸道中存在的細菌存在著巨大差異.Knight說,“非常重要的是,在明顯不同的人群中重復這類研究以確定不同人群中是否存在明顯的老齡化跡象.” 

 

他說,仍不清楚的是腸道微生物組的變化是否會導致人們更快地衰老,或者這些變化是否僅是衰老的副作用.InSilico Medicine公司正在建立幾個基于機器學習的老化時鐘,以便與微生物組老化時鐘一起使用.Zhavoronkov說,“在各種疾病中,年齡是一個重要的參數(shù).我們每一秒都會發(fā)生變化.”