Microbiology Spectrum 2022, Vol. 10б Issue 2б 10.1128/spectrum.00420-22
doi.org
Investigation of the Ecological Link between Recurrent Microbial Human Gut Communities and Physical Activity
Chiara Tarracchini, Federico Fontana, Gabriele Andrea Lugli, Leonardo Mancabelli, Giulia Alessandri,Francesca Turroni, Marco Ventura, Christian Milani
Исследование экологической связи между рецидивирующими микробными сообществами кишечника человека и физической активностью
Знакомство
Кишечник человека – это дом для сложного сообщества микроорганизмов, обычно называемого микробиотой кишечника. Оно, как известно, играет важную роль в усвоении питательных веществ, синтезе витаминов, выработке энергии, модуляции воспаления и иммунном ответе хозяина. В свою очередь, многочисленные факторы, зависящие от хозяина, такие как генетика, возраст, использование антибиотиков и диета, могут влиять на микробиоту кишечника, что приводит к формированию высокодинамичной и индивидуальной экосистемы кишечника. Последнее время высказывается мнение, что и физическая активность может влиять на состав микробиоты кишечника в зависимости от типа, интенсивности и продолжительности упражнений. Микробиота кишечника, в свою очередь, может влиять на здоровье и эффективность спортсмена. Действительно, если умеренные физические упражнения (от 50% до примерно 70% от максимальной частоты сердечных сокращений) увеличивают общее (био)разнообразие кишечной микробиоты, то длительные упражнения на выносливость (от 70% до примерно 85% от максимальной частоты сердечных сокращений) связаны с увеличением численности кишечных бактерий, продуцирующих короткоцепочечные жирные кислоты (КЦЖК). В частности, члены рода Veillonella, наряду с метаболическими путями, которые этот таксон использует для превращения лактата в пропионат, были обнаружены в повышенном содержании у спортсменов, тем самым способствуя метаболической эффективности хозяина за счет увеличения доступности энергии и, таким образом влияя на эффективность спортсменов. Более того, недавнее исследование с участием профессиональных и непрофессиональных велосипедистов, принимавших участие в соревнованиях, показало, что высокая тренировочная нагрузка велосипедистов соответствует высокому обилию членов рода Prevotella, связанных с кишечником. Примечательно, что присутствие этого рода коррелирует с повышенным метаболизмом аминокислот с разветвленной цепью, т.е. лейцина, валина и изолейцина, что стимулирует синтез мышечного белка и ускоряет выздоровление. Кроме того, спортсмены, как правило, потребляют более калорийную пищу, чем люди, ведущие сидячий образ жизни, поддерживая высокое потребление углеводов и белков и низкое потребление жиров, что влияет на состав микробиоты кишечника.
В этом контексте наше исследование было направлено на изучение микробных сообществ, населяющих кишечник спортсменов и людей, ведущих малоподвижный образ жизни, чтобы выявить композиционные и структурные различия на уровне видов. Для этого мы провели метаанализ с использованием 207 наборов метагеномных данных, полученных из общедоступных хранилищ.
Выводы
Накопленные данные позволяют предположить двунаправленную связь между физической активностью и составом микробных сообществ, населяющих кишечную среду человека. Действительно, различия в составе кишечной микробиоты наблюдались между спортсменами и не спортсменами, причем последние демонстрировали повышенное обилие видов бактерий, продуцирующих короткоцепочечные жирные кислоты (КЦЖК). В свою очередь, считается, что микробиота кишечника играет важную роль в метаболизме аминокислот и углеводов хозяина, вероятно, косвенно влияя на здоровье спортсменов, тренировки, спортивные результаты и восстановление после тренировок.
В рамках этого был проведен метагеномный анализ с использованием общедоступных наборов метагеномных данных с целью получения представления о структуре микробного сообщества у спортсменов, связанной с кишечником. В частности, сбор 100 метагеномных образцов от спортсменов и 107 от здоровых неспортивных лиц позволил выявить три кластера с высокой распространенностью (HPC1 – 3), т.е. повторяющиеся паттерны микробного состава. Интересно, что микробиом кишечника спортсменов (HPC3) показал более высокое биоразнообразие с повышенным обилием кишечных видов бактерий, способствующих укреплению здоровья, по сравнению с не спортсменами.
В частности, виды, продуцирующие КЦЖК, такие как F. prausnitzii, E. rectale, B. wexlerae и R. gnavus , были связаны с физической активностью спортсменов, что свидетельствует об их возможном вкладе в здоровье хозяина, регуляцию воспаления и иммунной системы, а также в приобретение энергии спортсменом и спортивные результаты. Более того, сложная и прочная сеть биотических взаимодействий, поддерживаемая семью ключевыми видами, способствующими укреплению здоровья, и рядом таксонов с низкой численностью, по-видимому, характеризует микробное сообщество спортсменов. Напротив, менее кластеризованная и менее взаимосвязанная сеть была получена от неспортивных лиц. Основываясь на этих данных, можно сделать вывод, что физические упражнения вызывают изменения микробиоты кишечника, приводящие к увеличению численности бактерий с потенциальной пользой для здоровья, таких как продуценты КЦЖК, которые объединяются в сложные, взаимосвязанные микробные сообщества с возможными положительным влиянием для спортивные результаты. Будущий подробный функциональный анализ, посвященный метаболическим способностям кишечной микробиоты, поможет выяснить связь между микробными метаболитами и спортивным и неспортивным образом жизни.
Перевод на русский язык научной статьи осуществлен в соответствии с условиями открытой лицензии Creative Commons Attributions (CC BY) (Creative Commons — Attribution 4.0 International — CC BY 4.0)
