В микробиомах спортсменов найдены бактерии, повышающие выносливость

Повышающие физическую выносливость бактерии обнаружены в микробиомах элитных спортсменов

Введение бактерии Veillonella малоподвижным людям улучшает их работоспособность

Бостон, США (24 июня 2019 г.) - новое исследование идентифицировало тип бактерий, обнаруженных в микробиомах элитных спортсменов, что способствует повышению способности к физическим нагрузкам. Эти бактерии принадлежат к роду Veillonella (Вейлонелла), которые практически не обнаруживаются в кишечниках малоподвижных (сидячих) людей.

Прим. ред.: Вейлонеллы  (лат. Veillonella) - род грамотрицательных анаэробных неспороносных кокковидных бактерий. Вейлонеллы входят в состав нормальной микрофлоры человека. Однако некоторые виды вейлонелл могут быть возбудителями раневых и гнойных инфекций.

Внимательно изучив бактерии, исследователи из Центра диабета Джослин (Joslin Diabetes Center) установили, что Veillonella метаболизирует молочную кислоту, образующуюся при физической нагрузке, и превращает ее в пропионат, жирную кислоту с короткой цепью. Тело человека затем использует этот пропионат для улучшения физической работоспособности. Результаты были опубликованы в Nature Medicine.

«Повышение физической работоспособности является сильным предиктором общего состояния здоровья, общего долголетия и защиты от сердечно-сосудистых заболеваний, диабета», - говорит соавтор статьи Александар Д. Костич (Aleksandar D. Kostic). «Мы предполагаем, что пробиотические добавки, которые могут принимать люди, повысят их способность выполнять значимые упражнения и, следовательно, защитят их от хронических заболеваний, включая диабет».

Работы начались в 2015 году с образцов фекалий от Бостонских марафонцев. Джонатан Шейман (George Church), доктор медицины и научный сотрудник лаборатории Джорджа Черча (George Church) в Гарвардской медицинской школе (Harvard Medical School), собирал образцы в течение периода времени от одной недели до марафона и одной недели после марафона. Он также собирал образцы от сидячих людей. Затем доктор Шейман принес образцы доктору Костичу, который проанализировал их, чтобы определить виды бактерий в обеих группах.

«Одной из вещей, которая сразу привлекла наше внимание, был этот единственный организм, Veillonella, который был явно обогащен в изобилии сразу после марафона среди бегунов. Veillonella также находится в более высокой численности среди марафонцев [в целом], чем у сидячей группы физических лиц», - говорит доктор Костич.

Они подтвердили связь с улучшенной физической нагрузкой на моделях мышей, где они увидели заметное увеличение беговых способностей после приема Veillonella. Затем они хотели выяснить, как это работает.

«Когда мы углубились в детали Veillonella, мы обнаружили, что она относительно уникальна в человеческом микробиоме, поскольку она использует лактат или молочную кислоту в качестве единственного источника углерода», - говорит он.

Молочная кислота вырабатывается мышцами во время напряженных тренировок. Бактерии Veillonella могут использовать этот побочный продукт в качестве основного источника пищи.

«Наша непосредственная гипотеза заключалась в том, что Veillonella работала как метаболический приемник для удаления лактата из системы, идея заключается в том, что накопление лактата в мышцах создает усталость», - говорит он. «Но если поговорить с такими людьми, как Сара Лессард (Sarah Lessard), [клинический исследователь в Joslin Diabetes Center] и другими людьми в области физиологии упражнений, очевидно, идея о том, что накопление лактата вызывает усталость, не принимается за истину. Таким образом, она заставила нас переосмыслить механизм того, как это происходит».

Доктор Костич и его команда вернулись в лабораторию, чтобы выяснить, что может быть причиной увеличения физической нагрузки.

Они провели метагеномный анализ, что означало, что они отслеживали генетику всех организмов в сообществе микробиомов, чтобы определить, какие события были вызваны метаболизмом молочной кислоты Вейлонеллы. Они отметили, что ферменты, связанные с превращением молочной кислоты в пропионат, находились в гораздо большем количестве после физической нагрузки.

«Тогда вопрос, возможно, заключался не в удалении молочной кислоты, а в образовании пропионата», - говорит доктор Костич. «Мы провели несколько экспериментов, чтобы ввести пропионат мышам [через клизму] и проверить, достаточно ли этого для этого фенотипа с повышенной беговой способностью. И так оно и было».

Доктор Костич и его команда планируют исследовать механизмы влияния пропионата на физическую работоспособность в сотрудничестве с доктором Лессардом.

Колонии бактерий, живущих в наших кишках, оказывают сильное влияние на наше здоровье. Физические упражнения являются важным компонентом здорового образа жизни, предназначенного для предотвращения таких заболеваний, как диабет 2 типа. Многие люди с нарушениями обмена веществ не могут тренироваться на уровне, необходимом для того, чтобы получить такую пользу. Дополнение их микробиома с помощью пробиотической капсулы, содержащей Veillonella, может дать им импульс, необходимый для эффективных упражнений (прямое дозирование с таблеткой пропионата не сработает, поскольку короткоцепочечная жирная кислота будет разрушена пищеварительными соками, прежде чем она сможет вступить в силу). С тех пор доктор Шейман выдвинул эту идею в компанию, ориентированную на спортсменов.

«Микробиом является таким мощным метаболическим двигателем», - говорит доктор Костич. Это одно из первых исследований, которое прямо показывает яркий пример симбиоза между микробами и их хозяином.

«Все очень ясно. Это создает положительную обратную связь. Хозяин производит что-то, что этот конкретный микроб предпочитает. Тогда, в свою очередь, микроб создает то, что приносит пользу хозяину», - продолжает Костич. «Это действительно важный пример того, как микробиом эволюционировал, чтобы стать симбиотическим присутствием в человеческом хозяине».

Прим. ред.: В исследованиях пропионат и пропионовая кислота идут как тождественные понятия. Как можно заметить, в данном исследовании пропионат называют жирной кислотой с короткой цепью (короткоцепочечной жирной кислотой). Несмотря на то, что в работе говорится о Veillonella, основным действующим веществом, увеличивающим работоспособность является все же пропионат. В статье упоминается о невозможности использования простого потребления пропионата (в виде таблетки) для целей повышения способности к физическим нагрузкам из-за того, что вещество будет разрушено пищеварительными соками, прежде чем сможет вступить в силу (достигнет кишечника).

Однако ученые зачатую не мониторят другие исследования своих коллег. Так, в работе Edward S Chambers, et al. Effects of targeted delivery of propionate to the human colon on appetite regulation, body weight maintenance and adiposity in overweight adults. Gut 2015. уже была решена проблема доставки пропионата в кишечник – речь идет о создании инулин-пропионового комплекса.

Более того, получение адекватного количества пропионата можно намного легче добиться с помощью обычного перорального приема физиологичных для человека пробиотических пропионовокислых бактерий, где пропионовая кислота (пропионат) является одним из главных продуктов метаболизма (образуется в кишечнике при ферментации углеводов). ПКБ устойчивы к кислотному стрессу и поэтому их применение как пробиотиков весьма оправдано. Однако этот момент часто не замечается в исследованиях специалистов многих стран, видимо по причине того, что основные достижения в изучении ПКБ принадлежат российским и французским ученым. 

См. дополнительно:

Источник: Материалы предоставлены Центром диабета Джослин

Статья в журнале: Jonathan Scheiman, Sarah Lessard, Aleksandar D. Kostic, et al. Meta-omics analysis of elite athletes identifies a performance-enhancing microbe that functions via lactate metabolism. Nature Medicine, 2019 г.

См. также:

• Физические упражнения меняют состав кишечного микробиома 06.12.2017
  
• Микроорганизмы для спортивных рекордов 21.08.2017г.