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在优秀运动员中发现了提高成绩的细菌

2019-08-07 397细菌益生菌的作用

一项新的研究发现,在优秀运动员的微生物群中发现了一种有助于提高运动能力的细菌。这些细菌属于Veillonella属,并不存在于久坐不动的人的肠道中。

乔斯林糖尿病中心的研究人员通过对这些细菌的仔细观察,确定了Veillonella能够代谢运动产生的乳酸,并将其转化为丙酸,一种短链脂肪酸。人体利用丙酸盐来提高运动能力。研究结果发表在今天的《自然医学》杂志上。

在优秀运动员中发现了提高成绩的细菌

细菌与锻炼能力

“锻炼能力的增强是全面健康和预防心血管疾病、糖尿病和整体寿命的有力预测指标,”Aleksandar D. Kostic 博士说。他是这篇论文的作者之一。“我们的设想是,人们可以服用一种益生菌补充剂,增强他们进行有意义的锻炼的能力,从而保护他们免受包括糖尿病在内的慢性疾病的侵害。”

这项工作始于2015年波士顿马拉松运动员的粪便样本。Jonathan Scheiman博士,当时是哈佛医学院乔治·丘奇博士实验室的一名研究员,他在马拉松前一周到马拉松后一周的时间内收集了样本。他还收集了久坐不动的人的样本。然后,Scheiman博士把样本拿给 Kostic 博士, Kostic 博士对样本进行了分析,以确定这两组样本中的细菌种类。

在优秀运动员中发现了提高成绩的细菌

运动后Veillonella富集

“我们立即注意到的一件事是这种单一的有机体,Veillonella,它在马拉松比赛后立即在运动员体内大量富集。总体而言,马拉松运动员体内的Veillonella含量也高于久坐不动的人。

他们在小鼠模型中证实了这与提高运动能力的关系,在小鼠模型中,他们发现补充了Veillonella后,小鼠的跑步能力显著提高。接下来,他们想弄清楚它是如何工作的。

“当我们深入研究Veillonella的细节时,我们发现它在人类微生物群中相对独特,因为它使用乳酸或乳酸作为其唯一的碳源,”他说。

乳酸是肌肉在剧烈运动时产生的。Veillonella细菌能够利用这种锻炼的副产品作为它们的主要食物来源。

他说:“我们的直接假设是,它作为一个代谢库,将乳酸从系统中去除,其想法是,乳酸在肌肉中积聚会导致疲劳。”“但与Sarah Lessard等(乔斯林医院(Joslin)的临床研究员)和运动生理学领域的其他人交谈时,很明显,认为乳酸积累会导致疲劳的观点并不被接受。”因此,这让我们重新思考这一切发生的机制。”

在优秀运动员中发现了提高成绩的细菌

宏基因组实验

Kostic博士和他的团队回到实验室,想弄清楚是什么原因导致了运动能力的增加。他们进行了一项元基因组分析,这意味着他们追踪了微生物群落中所有有机体的基因,以确定什么事件是由维洛内拉的乳酸代谢引发的。他们注意到,运动后,与乳酸转化为短链脂肪酸丙酸相关的酶的丰度要高得多。

Kostic博士说:“接下来的问题可能不是乳酸的去除,而是丙酸盐的生成。”“我们做了一些实验,将丙酸盐(通过灌肠)引入小鼠体内,并测试这是否足以提高小鼠的跑步能力表型。”

Kostic博士和他的团队计划与Lessard博士合作,研究丙酸盐如何影响运动能力的机制。

生活在我们肠道中的细菌群对我们的健康有很大的影响。锻炼是一种健康生活方式的重要组成部分,旨在预防2型糖尿病等疾病。许多患有代谢紊乱的人无法进行足够的运动来获得这些益处。补充他们的微生物群使用含有Veillonella的益生菌胶囊可以给他们有效锻炼所需的动力。(直接服用丙酸盐药丸不会起作用,因为短链脂肪酸在起作用前会被消化液分解。)从那以后,Scheiman博士把这个想法发展成了一家针对运动员的公司。

微生物是强大的代谢引擎

“微生物群是如此强大的代谢引擎,”Kostic博士说。这是第一个直接展示微生物和人类宿主之间共生关系的有力例子的研究之一。

“这是非常明确的。它创造了一个正反馈循环。宿主产生了某种特定微生物喜欢的东西。作为回报,微生物正在创造一些有益于宿主的东西,”他说。“这是一个非常重要的例子,说明微生物群是如何进化成为人类宿主中的这种共生存在的。”

引用

Joslin Diabetes Center. "Performance-enhancing bacteria found in the microbiomes of elite athletes: Introducing this bacteria to sedentary individuals improves exercise capacity." ScienceDaily. ScienceDaily, 24 June 2019.
www.sciencedaily.com/releases/2019/06/190624111441.htm.

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