數(shù)十億個(gè)細(xì)菌在我們的腸道中安家,它們可能有助于調(diào)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(xué)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(shí)間的推移發(fā)生變化,或者“正常的”腸道微生物組看起來(lái)是什么樣子.如今,通過(guò)研究全球數(shù)千人的腸道細(xì)菌,一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)得出了一個(gè)結(jié)論：腸道微生物組是一種非常精確的生物鐘,能夠預(yù)測(cè)大多數(shù)人的年齡,誤差在幾歲以內(nèi).

 

為了發(fā)現(xiàn)腸道微生物組隨著時(shí)間的推移如何發(fā)生變化,來(lái)自位于美國(guó)馬里蘭州羅克維爾市的人工智能創(chuàng)業(yè)公司InSilico Medicine的長(zhǎng)壽研究員Alex Zhavoronkov及其同事們研究了來(lái)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,大約三分之一來(lái)自20至39歲的人,還有三分之一來(lái)自40至59歲的人,最后的三分之一來(lái)自60至90歲的人.

 

 

這些研究人員隨后使用機(jī)器學(xué)習(xí)來(lái)分析這些數(shù)據(jù).首先,他們利用來(lái)自90%樣本的95種不同種類的細(xì)菌和提供這些樣本的人的年齡訓(xùn)練了他們的計(jì)算機(jī)程序---一種近似模擬大腦中神經(jīng)元工作方式的深度學(xué)習(xí)算法.隨后,他們要求這種算法預(yù)測(cè)提供剩下的10%樣本的人的年齡.他們的程序能夠準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)這些人的年齡,誤差在4歲以內(nèi).他們將相關(guān)的研究結(jié)果發(fā)表在預(yù)印刷服務(wù)器bioRxiv上[3].在這95種不同類型的腸道細(xì)菌中,他們發(fā)現(xiàn)其中的39種細(xì)菌在預(yù)測(cè)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(zhǎng),一些細(xì)菌變得更加豐富,比如霍氏真桿菌（Eubacterium hallii）.人們認(rèn)為霍氏真桿菌在腸道代謝中起著重要的作用.與此同時(shí),其他的細(xì)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(jié)腸炎（一種消化道炎癥）有關(guān).論文共同作者 在美國(guó)哈佛大學(xué)研究衰老的生物學(xué)家Vadim Gladyshev說(shuō),飲食 睡眠習(xí)慣和身體活動(dòng)的變化可能會(huì)導(dǎo)腸道細(xì)菌發(fā)生這些變化.

 

Zhavoronkov說(shuō),這種“微生物組老化時(shí)鐘（microbiome aging clock）”可能用作測(cè)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(duì)壽命產(chǎn)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(gè)想法得到驗(yàn)證,那么它將與科學(xué)家們用來(lái)預(yù)測(cè)生物年齡（biological age）的其他生物標(biāo)志物---包括與衰老有關(guān)的端粒長(zhǎng)度[4]和在一個(gè)人的一生當(dāng)中DNA表達(dá)的變化[5]---一起使用.將這種新的老化時(shí)鐘與其他的生物標(biāo)志物相結(jié)合可能更準(zhǔn)確地描繪出一個(gè)人的真實(shí)生物年齡和健康狀況.它還可能有助于研究人員更好地測(cè)試某些干預(yù)措施（包括藥物和其他治療方法）是否對(duì)衰老過(guò)程產(chǎn)生任何影響.Zhavoronkov說(shuō),“你不需要等到人死了才進(jìn)行長(zhǎng)壽實(shí)驗(yàn).” 

 

美國(guó)加州大學(xué)圣地亞哥分校微生物組創(chuàng)新中心主任 計(jì)算機(jī)科學(xué)家和微生物組研究員Robin Knight說(shuō),你能夠根據(jù)一個(gè)人的腸道微生物組來(lái)預(yù)測(cè)他或她的年齡的想法是“非常合理的”,而且這對(duì)研究衰老的科學(xué)家們來(lái)說(shuō)是“非常感興趣的”.他的團(tuán)隊(duì)正在分析他創(chuàng)立的美國(guó)腸道項(xiàng)目（American Gut Project）中的15000個(gè)樣本以便開發(fā)出類似的年齡預(yù)測(cè)器.

 

但是他補(bǔ)充說(shuō),開發(fā)這樣的一種時(shí)鐘的挑戰(zhàn)之一是世界各地的人的腸道中存在的細(xì)菌存在著巨大差異.Knight說(shuō),“非常重要的是,在明顯不同的人群中重復(fù)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(shuō),仍不清楚的是腸道微生物組的變化是否會(huì)導(dǎo)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(gè)基于機(jī)器學(xué)習(xí)的老化時(shí)鐘,以便與微生物組老化時(shí)鐘一起使用.Zhavoronkov說(shuō),“在各種疾病中,年齡是一個(gè)重要的參數(shù).我們每一秒都會(huì)發(fā)生變化.”