The Gut Microbiome and Age-Related Diseases

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The gut microbiome (community of microorganisms) in the human body has an enormous impact on human physiology in both healthy and pathological states. It can influence human health either directly by secreting biologically active substances such as vitamins, bactericins, essential amino acids, lipids, etc., or indirectly by modulating metabolic processes and the immune system. The composition of the microbiota is determined by genetic predisposition and the microbiome obtained in childhood from the mother and the environment, which may change during life under the influence of external and internal factors. The most noticeable deviations of the human microbiome undergoes in infancy and then in old age, when immunity is also in the weakest and most unstable state, which can lead to the development of various pathologies. When correcting various pathological conditions and when used in the complex treatment of diseases, the use of probiotics and prebiotics is recommended. The development of test systems of biologically active substances affecting the human microbiome makes it possible to determine the biological activity of individual strains and to design new generation preparations for prolonging healthy longevity. Such developments are another step towards personalised medicine.

About the authors

G. A. Shilovsky

Lomonosov Moscow State University

Author for correspondence.
Email: gregory_sh@list.ru

Department of Biology

Russian Federation, Moscow

E. V. Sorokina

Lomonosov Moscow State University

Email: gregory_sh@list.ru

Department of Biology

Russian Federation, Moscow

D. N. Akhaev

Lomonosov Moscow State University

Email: gregory_sh@list.ru

Department of Biology

Russian Federation, Moscow

References

  1. Мечников И.И. Этюды оптимизма. М.: Наука, 1964.
  2. Сорокина Е.В., Стоянов И.А., Абдуллаева А.М. и др. Многофункциональные свойства пробиотических штаммов Lactococcus lactis ssp. lactis // Успехи соврем. биол. 2022. Т. 142 (1). С. 1–12. https://doi.org/10.31857/S0042132422010070
  3. Сорокина Е.В., Дбар С.Д., Стоянова Л.Г. Использование смектита для эффективности пробиотических свойств Lactococcus lactis ssp. // Пробл. ветеринар. санитарии, гигиены и экол. 2024. № 1. С. 72–79.
  4. Суворов А.Н. Микробиота пожилых: истоки долголетия // Природа. 2017. № 1. С. 22–29. https://doi.org/007.001.0032-874X.2017.000.001.3
  5. Сучков С.В., Абэ Х., Мёрфи Ш. и др. Здоровье, экологический комфорт и благополучие человека. Часть 2. Экологический комфорт – новый и стратегический фактор в охране здоровья современного человека // Успехи соврем. биол. 2024. Т. 144 (3). С. 314–334.
  6. Шиловский Г.А., Сорокина Е.В. Охратоксин A и индукция антиоксидантной/антитоксической системы клетки транскрипционным фактором NRF2 // Проблемы мед. микол. 2020. Т. 22 (4). С. 3–7. https://doi.org/10.24412/1999-6780-2020-4-3-7
  7. Шиловский Г.А., Сорокина Е.В., Любецкая Е.В. Ферубко Е.В. Новые методы индукции антиоксидантной защиты на основе нутриентов и пробиотиков у пожилых // Клин. геронтол. 2022. Т. 28 (11–12). С. 76–78. https://doi.org/10.26347/1607-2499202211-12076-078
  8. Abisado R.G., Benomar S., Klaus J.R. et al. Bacterial quorum sensing and microbial community interactions // mBio. 2018. V. 9 (3). P. e02331-17. https://doi.org/10.1128/mBio.02331-17
  9. Azad M.B., Konya T., Maughan H. et al. Gut microbiota of healthy Canadian infants: profiles by mode of delivery and infant diet at 4 months // Canadian Med. Assoc. J. 2013. V. 185 (5). P. 385–394. https://doi.org/10.1503/cmaj.121189
  10. Cattaneo A., Cattane N., Galluzzi S. et al. Association of brain amyloidosis with pro-inflammatory gut bacterial taxa and peripheral inflammation markers in cognitively impaired elderly // Neurobiol. 2017. V. 49. P. 60–68.
  11. Cheng L., Qi C., Yang H. et al. gutMGene: a comprehensive database for target genes of gut microbes and microbial metabolites // Nucl. Acids Res. 2022. V. 50 (D1). P. D795–D800. https://doi.org/10.1093/nar/gkab786
  12. Choi H.H., Cho Y.S. Fecal microbiota transplantation: current applications, effectiveness and future perspectives // Clin. Endosc. 2016. P. V. 49. P. 257–265. https://doi.org/ 10.5946/ce.2015.117
  13. Chung W.S., Walker A.W., Louis P. et al. Modulation of the human gut microbiota by dietary fibres occurs at the species level // BMC Biol. 2016. № 14. P. 3 https://doi.org/10.1186/s12915-015-0224-3
  14. Claesson M.J., Cusack S., O’Sullivan O., et al. Composition, variability, and temporal stability of the intestinal microbiota of the elderly // PNAS USA. 2011. V. 15 (108). P. 4586–4591. https://doi.org/10.1073/pnas.1000097107.18
  15. Claesson M.J., Jeffery I.B., Conde S. et al. Gut microbiota composition correlates with diet and health in the elderly // Nature. 2012. V. 488 (7410). P. 178–184. https://doi.org/10.1038/nature11319
  16. David L.A., Maurice C.F., Carmody R.N. et al. Diet rapidly and reproducibly alters the human gut microbiome // Nature. 2014. V. 505. P. 559–563. https://doi.org/10.1038/nature12820
  17. Ding F., Krasilnikova A.A., Leontieva M.R et al. Analysis of kefir grains from different regions of the planet using high-throughput sequencing // Moscow Univ. Biol. Sci. Bull. 2022. V. 77 (4). P. 286–291.
  18. Dominianni C., Sinha R., Goedert J.J., Pei Z. et al. Sex, body mass index, and dietary fiber intake influence the human gut microbiome // PLoS One. 2015. V. 10 (4). P. e0124599. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0124599
  19. Eloe-Fadrosh E.A., Brady A., Crabtree J. et al. Functional dynamics of the gut microbiome in elderly people during probiotic consumption // mBio. 2015. V. 6. P. 0023–15. https://doi.org/10.1128/mBio.00231-15
  20. Ermolenko E., Sitkin S., Vakhitov T. et al. Evaluation of the effectiveness of personalised therapy for the patients with irritable bowel syndrome // Benef. Microbes. 2023. V. 14 (2). P. 119–129. https://doi.org/10.3920/BM2022.0053
  21. Flint H.J., Duncan S.H., Scott K.P., Louis P. Links between diet, gut microbiota composition and gut metabolism // Proc. Nutr. Soc. 2015. V. 74 (1). P. 13–22. https://doi.org/10.1017/S002966511400146
  22. Fock E, Parnova R. Mechanisms of blood-brain barrier protection by microbiota-derived short-chain fatty acids // Cells. 2023. V. 12 (4). P. 657. https://doi.org/10.3390/cells12040657
  23. Fung T.C., Olson C.A., Hsiao E.Y. Interactions between the microbiota, immune and nervous systems in health and disease // Nat. Neurosci. 2017. V. 20 (2). P. 145–155. https://doi.org/ 10.1038/nn.4476
  24. Graf D., Di Cagno R., Fåk F. et al. Contribution of diet to the composition of the human gut microbiota // Microb. Ecol. Health Dis. 2015. V. 26. P. 26164. https://doi.org/10.3402/mehd.v26.26164
  25. Greenhalgh K., Meyer K.M., Aagaard K.M., Wilmes P. The human gut microbiome in health: establishment and resilience of microbiota over a lifetime // Environ. Microbiol. 2016. V. 18 (7). P. 2103–2116. https://doi.org/10.1111/1462-2920.13318
  26. Greenhill A.R., Tsuji H., Ogata K. et al. Characterization of the gut microbiota of Papua New Guineans using reverse transcription quantitative PCR // PLoS One. 2015. V. 10 (2). P. 0117427. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0117427
  27. Grice E.A., Segre J.A. The human microbiome: our second genome // Annu. Rev. Genom. Hum. Genet. 2012. V. 13. P. 151–170. https://doi.org/ 10.1146/annurev-genom-090711-163814
  28. Gromova L.V., Ermolenko E.I., Sepp A.L. et al. Gut digestive function and microbiome after correction of experimental dysbiosis in rats by indigenous bifidobacteria // Microorganisms. 2021. V. 9 (3). P. 522. https://doi.org/10.3390/microorganisms9030522
  29. Harach T., Marungruang N., Duthilleul N. et al. Reduction of Abeta amyloid pathology in APPPS1 transgenic mice in the absence of gut microbiota // Sci. Rep. 2017. № 7. 41802.
  30. Jandhyala S.M., Talukdar R., Subramanyam C. et al. Role of the normal gut microbiota // World J. Gastroenterol. 2015. V. 21 (29). P. 8787–8803. https://doi.org/10.3748/wjg.v21.i29.8787
  31. Jun S.R., Cheema A., Bose C. et al. Multi-omic analysis reveals different effects of sulforaphane on the microbiome and metabolome in old compared to young mice // Microorganisms. 2020. V. 8 (10). P. 1500. https://doi.org/10.3390/microorganisms8101500
  32. Nafea A.M., Wang Y., Wang D. et al. Application of next-generation sequencing to identify different // Front. Microbiol. 2024. V. 14. P. 1329330. https://doi.org/10.3389/fmicb.2023.1329330
  33. Odamaki T., Kato K., Sugahara H. et al. Age-related changes in gut microbiota composition from newborn to centenarian: a cross-sectional study // BMC Microbiol. 2016. № 16. P. 90. https://doi.org/ 10.1186/s12866-016-0708-5
  34. Kowalski K.; Mulak A. Brain-gut-microbiota axis in Alzheimer’s disease // J. Neurogastroenterol. Motil. 2019. V. 25. P. 48–60.
  35. Liu Y., Wang X., Podio N.S. et al. Research progress on the regulation of oxidative stress by phenolics: the role of gut microbiota and Nrf2 signaling pathway // J. Sci. Food. Agric. 2024 V. 104 (4). P. 1861–1873. https://doi.org/10.1002/jsfa.13062
  36. Mackie R.I., Sghir A., Gaskins H.R. Developmental microbial ecology of the neonatal gastrointestinal tract // Am. J. Clin. Nutr. 1999. V. 69 (5). P. 1035S–1045S. https://doi.org/10.1093/ajcn/69.5.1035s
  37. Maryam T.A., Jean-Christophe L., Didier R. Diet influence on the gut microbiota and dysbiosisrelated to nutritional disorders // Hum. Microb. J. 2016. № 1. P. 3–11. https://doi.org/10.1016/j.humic.2016.09.001
  38. Maukonen J., Saarela M. Human gut microbiota: does diet matter? // Proc. Nutr. Soc. 2015. V. 74 (1). P. 23–36. https://doi.org/10.1017/S0029665114000688
  39. Nagpal R., Mainali R., Ahmadi S. et al. Gut microbiome and aging: Physiological and mechanistic insights // Nutr. Health. Aging. 2018. V. 15 (4). P. 267–285. https://doi.org/10.3233/NHA-170030
  40. Nogal A., Asnicar F., Vijay A. et al. Genetic and gut microbiome determinants of SCFA circulating and fecal levels, postprandial responses and links to chronic and acute inflammation // Gut Microbes. 2023. V. 15 (1). P. 2240050. https://doi.org/10.1080/19490976.2023.2240050
  41. Nuzum N.D., Szymlek-Gay E.A., Loke S. et al. Differences in the gut microbiome across typical ageing and in Parkinson’s disease // Neuropharmacology. 2023. V. 235. P. 109566. https://doi.org/ 10.1016/j.neuropharm.2023.109566
  42. Nyangale E.P., Farmer S., Cash H.A. et al. Bacillus coagulans GBI-30, 6086 modulates Faecalibacterium prausnitzii in older men and women // J. Nutr. 2015. V. 145. P. 1446–1452. https://doi.org/10.3945/jn.114.199802
  43. Oleskin A.V., Sorokina E.V., Shilovsky G.A. Interaction of catecholamines with microorganisms, neurons, and immune cells // Biol. Bull. Rev. 2021. V. 11 (4). P. 358–367. https://doi.org/ 10.1134/S2079086421040058
  44. Pelton R. The microbiome theory of aging (MTA) // Integr. Med. (Encinitas). 2023. V. 21 (6). P. 28–34.
  45. Prince A.L., Chu D.M., Seferovic M.D. et al. The perinatal microbiome and pregnancy: moving beyond the vaginal microbiome // Cold Spring Harb. Perspect. Med. 2015. V. 5 (6). Art. a023051. https://doi.org/10.1101/cshperspect.a023051
  46. Rajilić-Stojanović M., Heilig H.G., Molenaar D. et al. Development and application of the human intestinal tract chip, a phylogenetic microarray: analysis of universally conserved phylotypes in the abundant microbiota of young and elderly adults // Environ. Microbiol. 2009. V. 11 (7). P. 1736–1751. https://doi.org/10.1111/j.1462-2920.2009.01900.x
  47. Ratanapokasatit Y., Laisuan W., Rattananukrom T. et al. How microbiomes affect skin aging: the updated evidence and current perspectives // Life (Basel). 2022. V. 12 (7). P. 936. https://doi.org/ 10.3390/life12070936
  48. Rolhion N., Chassaing B. When pathogenic bacteria meet the intestinal microbiota // Phil. Trans. Royal Soc. B Biol. Sci. 2016. V. 371 (1707). P. 20150504.
  49. Saduakhasova S., Kushugulova A., Kozhakhmetov S. et al. Antioxidant activity of the probiotic consortium in vitro // Cent. Asian J. Glob. Health. 2014. V. 24 (2). P. 115. https://doi.org/10.5195/cajgh.2013.115
  50. Saraswati S., Sitaraman R. Aging and the human gut microbiota – from correlation to causality // Front. Microbiol. 2015. V. 5. Art. 764. https://doi.org/10.3389/fmicb.2014.00764
  51. Sartor R.B. Microbial influences in inflammatory bowel diseases // Gastroenterology. 2008. V. 134 (2). P. 577–594. https://doi.org/10.1053/j.gastro.2007.11.059
  52. Sender R., Fuchs S., Milo R. Revised estimates for the number of human and bacteria cells in the body // PLoS Biol. 2016. V. 14 (8). P. 1002533. https://doi.org/10.1371/journal.pbio.1002533
  53. Senger D.R., Li D., Jaminet S.C., Cao S. Activation of the Nrf2 cell defense pathway by ancient foods: disease prevention by important molecules and microbes lost from the modern western diet // PLoS One. 2016. V. 17 (11). P. 0148042. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0148042
  54. Sharma R, Diwan B. A cellular senescence-centric integrated approach to understanding organismal aging // Curr. Aging Sci. 2023. V. 16 (1). P. 12–24. https://doi.org/10.2174/1874609815666220914104548
  55. Shilovsky G.A., Sorokina E.V., Putyatina T.S. Assessment of the human metabolome as a method for molecular diagnostics of colorectal cancer: Prevention and therapy // Biol. Bull. Rev. 2022. V. 12 (4). P. 422–427. https://doi.org/ 10.1134/S2079086422040089
  56. Suvorov A. Gut microbiota, probiotics and human health // Biosci. Microb. Food Health. 2013. V. 32. P. 81–91. https://doi.org/ 10.12938/bmfh.32.81
  57. Tanaka M., Nakayama J. Development of the gut microbiota in infancy and its impact on health in later life // Allergol. Internat. 2017. V. 66 (4). P. 515–522. https://doi.org/10.1016/j.alit.2017.07.01059
  58. van Olst L., Roks S.J.M., Kamermans A. et al. Contribution of gut microbiota to immunological changes in Alzheimer’s disease // Front. Immunol. 2021. V. 31 (12). P. 683068. https://doi.org/10.3389/fimmu.2021.683068
  59. van der Hee B., Wells J.M. Microbial regulation of host physiology by shortchain fatty acids // Trends Microbiol. 2021. V. 29 (8). P. 700–712. https://doi.org/10.1016/j.tim.2021.02.001
  60. van de Wouw M., Schellekens H., Dinan T.G. et al. Microbiota– gut–brain axis: modulator of host metabolism and appetite // J. Nutr. 2017. V. 147 (5). P. 727–745. https://doi.org/10.3945/jn.116.240481
  61. Vogt N.M., Kerby R.L., Dill-McFarland K.A. et al. Gut microbiome alterations in Alzheimer’s disease // Sci. Rep. 2017. № 7. 13537. https://doi.org/10.1038/s41598-017-13601-y
  62. Walsh C.J., Guinane C.M., Hill C. et al. In silico identification of bacteriocin gene clusters in the gastrointestinal tract, based on the Human Microbiome Project’s reference genome database // BMC Microbiol. 2015. V. 16 (15). P. 183. https://doi.org/10.1186/s12866-015-0515-4
  63. Wang F., Yu T., Huang G. et al. Gut microbiota community and its assembly associated with age and diet in Chinese centenarians // J. Microbiol. Biotechnol. 2015. V. 25. P. 1195–1204. https://doi.org/10.4014/jmb.1410.10014
  64. Wang J., Qie J., Zhu D. et al. The landscape in the gut microbiome of long-lived families reveals new insights on longevity and aging – relevant neural and immune function // Gut Microbes. 2022. 14 (1). P. 2107288. https://doi.org/10.1080/19490976.2022.2107288
  65. Zhang L., Yan J., Zhang C. et al. Improving intestinal inflammaging to delay aging? A new perspective // Mech. Ageing Dev. 2023. V. 214. P. 111841. https://doi.org/10.1016/j.mad.2023.111841

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».