發(fā)現人類微生物組中的性能增強細菌

人體微生物組，大量的微生物集合在我們的許多器官和皮膚上的表面 - 是維持我們整體健康的關鍵支柱。在任何時候，我們都會棲息著500到1000種不同的細菌，它們共同含有比人類基因組更多的基因。

研究人員也逐漸認識到，沒有兩個人共享同一個微生物組，個體的微生物組成可以隨飲食，生活方式，抗生素和其他藥物治療以及其他因素而改變。盡管已發(fā)現個體微生物組與多種疾病(如肥胖，炎癥性腸病，關節(jié)炎，癌癥和孤獨癥)之間存在各種聯系，但仍然不知道微生物組是否也可能與積極增強健康和身體表現有關。

“在這個項目的開始，我們假設精英運動員的微生物組必須具有高度調整的細菌物種，這些物種可以幫助他們的表現和恢復，并且一旦確定，這些可以成為高度驗證的性能增強的基礎益生菌，“聯合**作者喬納森·謝曼(Jonathan Scheiman)博士說，他曾是博士后研究員，曾與喬治·丘奇博士一起創(chuàng)立該項目。哈佛大學Wyss生物啟發(fā)工程研究所核心教員，哈佛醫(yī)學院教授(HMS)。Scheiman還是FitBiomics Inc.的首席執(zhí)行官，他本人也是前職業(yè)籃球運動員。

現在，由Wyss Institute和HMS的Scheiman和Church領導的高度協(xié)作的研究團隊和波士頓Joslin糖尿病中心的Aleksandar Kostic指出了一組特定的細菌，稱為Veillonella，他們發(fā)現這些細菌富含波士頓的腸道微生物組完成26.2比賽后的馬拉松選手以及參加比賽后的87名精英和奧運選手的獨立團體。與對照細菌相比，從馬拉松運動員中分離并給予小鼠的Veillonella細菌使實驗室跑步機測試中的動物性能提高了13%。

“我們能夠證明，Veillonella驅動的性能提升是由于細菌能夠分解乳酸，一種已知長期劇烈運動積累的代謝物，以及產生丙酸鹽，一種短鏈脂肪酸(SCFA)，反過來增強了身體對運動壓力的適應能力，“聯合通訊作者Kostic博士說，他是喬斯林糖尿病中心微生物學助理教授，并致力于計算和實驗方法，旨在更好地理解人類微生物組之間的關系。和糖尿病等代謝疾病。

在他們對2015年波士頓馬拉松運動員的初步分析中，研究人員通過測定運動員糞便樣本中細菌的無處不在但高度物種特異性基因簇的DNA序列來分析跑步者的微生物組成。“在運行前一周和運行后的一周內每天收集樣品，并在Aleksandar的生物信息學管道的幫助下進行分析，使我們能夠確定整個微生物組內有意義的波動，其中Veillonella屬的增加是最突出的， “謝曼說。

Veillonella能夠消耗乳酸作為能量來源是眾所周知的，但該團隊又向前邁進了一步。他們證明了一種單一的Veillonella，即Veillonellaatypica，它們從運動員的微生物組中分離并添加到小鼠的腸道微生物組中，可以提高動物在跑步機運行測試中的表現。

主要生物信息學分析和動物實驗由共同作者Jacob Luber和Theodore Chavkin共同完成，他們都是Kostic小組的研究生。

但是怎么樣?乳酸鹽在工作肌肉中產生，通過血管系統(tǒng)循環(huán)，被肝臟清除，另一方面細菌存在于腸腔中，沒有明顯的聯系。事實上，研究小組提供了**個證據，證明乳酸實際上可以從循環(huán)通過腸上皮壁進入腸腔，在那里它可用于Veillonella和可能的其他細菌。有趣的是，細菌不會起到“乳酸鹽沉降”的作用，導致全身循環(huán)乳酸水平大幅下降。相反，它是細菌乳酸發(fā)酵產物，即短鏈脂肪酸丙酸酯，從腸腔回流到循環(huán)中以提高性能。

合作者確實表明，當丙酸鹽滴入小鼠腸腔時，它可以復制許多Veillonella的效果，如跑步機運行時間的增加，以及腸道中常見炎癥標志物水平的降低。在極限運動表演和跑步機在小鼠模型中運行期間和之后上升。“我們認為丙酸可以通過反作用炎癥表現出其性能益處，作為身體的能量來源，以及其他尚未知的效果，”Kostic推測。“值得注意的是，較高的運動能力與糖尿病患者的輕度進展和更長的壽命密切相關，這可能使益生菌Veillonella接近治療。”