Mikrobi, kteří z nás udělají maratonce

Výzkum bakterií, které s námi žijí v symbióze – takzvaného mikrobiomu –, odhaluje podivuhodné vlastnosti těchto malých, ale mocných obyvatel našich těl. Ve střevech, na kůži i v některých dutinách hostíme 500 až 1000 různých druhů bakterií, které dohromady obsahují více genů než náš vlastní lidský genom.¹⁾ Do debat o tom, nakolik mikrobiom ovlivňuje naši psychiku, nyní vstupuje výzkum, poukazující na nově objevený mechanismus zpětné vazby, mající význam pro naši výkonnost.

Na světě neexistují dva lidé, kteří by měli stejný mikrobiom. Složení tohoto společenství, této složité struktury mikroorganismů však není stálé; může se měnit dietou, životním stylem, antibiotiky a dalšími léky. Dřívější zjištění odhalila souvislost určité struktury mikrobiomu a jejího vlivu na velmi rozdílné typy onemocnění, jako je obezita, zánětlivé střevní onemocnění, artritida, rakovina a autismus. Badatelé se ale zatím neúspěšně snažili najít odpověď na otázku, jestli některé skupiny mikroorganismů v některých případech mohou naopak zvýšit fyzickou výkonnost anebo zlepšit zdravotní stav, tedy udělat i něco víc než „jen“ nahradit úbytek symbiotických bakterií po antibiotické léčbě. [1]

Sportovní fyziologové a mikrobiologové, kteří se sdružili kolem Jonathana Scheimana a George Churche z harvardského Wyssova ústavu a Aleksandara Kostice z Joslinova diabetologického centra v Bostonu, nedávno objevili jednu specifickou skupinu bakterií z rodu Veillonella, které se namnožily ve střevech 87 olympijských sportovců během náročného maratonského běhu.

Výzkumníci po závodu ze střev sportovců zmíněné bakterie rodu Veillonella vyjmuli a přenesli je do střev myší. Výkon zvířat v laboratorních testech na běžeckém pásu následně vzrostl o 13 % ve srovnání s myšmi, do jejichž střev vědci přenesli jiné bakteriální druhy. Toto zvýšení výkonu sportujících lidí i myší pomocí veillonel podle autorů studie prokazatelně způsobuje schopnost metabolizovat laktát. [2] Současně tým poprvé a přímo prokázal, že hlavním zdrojem laktátu, po kterém se veillonely namnožily, je krev lehce schvácených maratonců, z níž laktát proniká do střev k bakteriím.

Laktát je meziprodukt oxidace glukózy, metabolit, o kterém je známo, že se hromadí v krvi, kam se dostává z bílých rychlých svalových vláken při dlouhodobém ale i krátkodobém víceméně anaerobním namáhavém cvičení, předtím než je oxidován při splácení kyslíkového dluhu (zadýchání po sprintu). Laktát se ale může dostat nejen do jater, srdce nebo mozku, které „krmí“, ale překvapivě také do střev. A bakterie rodu Veillonella ho milují a metabolizují. Ukázalo se však, že jen jeden druh (V. atypica) umí smlsnutý laktát zpracovat na kyselinu propionovou. Tato krátká mastná kyselina (SCFA) zpětně vstupuje do krve a mízy v těle a je zřejmě hbitě použita jako zdroj energie na výrobu ATP, buněčných briket, pohánějících téměř všechny tělesné pochody včetně nejvyšší fyzické výkonnosti. A nejen to! Propionát zvyšuje také odolnost těla vůči zátěži. Jeho další působení zatím není zcela prozkoumáno, přesto se zdá, že jde o významný metabolit při výkonnostním sportu.

Mohou za to bakterie? Zatímco nejrychlejší maratonský běžec roku 1896, řecký nosič vody Spyridon Louis (černobílý snímek), zvládl proběhnout trasu dlouhou 40 km za 2.58:50, o 122 let později nejrychlejší maratonec, Keňan Eliud Kipchoge (barevný snímek), překoná trasu dlouhou 42 km 195 metrů v čase lepším o více než 57 minut (2.01:39).Snímek Denis Barthel, CC BY-SA 4.0

Snímek Albert Meyer, volné dílo, CC0

Výzkumníci nejprve analyzovali ve vzorcích stolice mikrobiom běžců a stanovili vysoce druhově specifické shluky genů (DNA kódující bílkoviny) jejich střevních bakterií. To umožnilo zjistit stav a posoudit změny mikrobiomu před výkonem, během něj a po něm, a tudíž odhalit případy s největším nárůstem bakterií rodu Veillonella. Nadto pomocí radioizotopů prokázali, že zvýšit myší výkon víc než o desetinu je schopen jen jeden jediný druh bakterie přenesené z lidského do myšího střeva – Veillonella atypica.²⁾ 

K úspěchu projektu významně přispěli i nejmladší studenti v týmu. Jacob Luber a Theodore Chavkin zjistili, že propionát přímo vpravený do střev myší může napodobit mnoho účinků druhu V. atypica. Pozorovali nejen to, že se běh myší zrychlil a vyčerpání oddálilo, ale i nižší koncentraci běžných zánětlivých markerů ve střevním traktu, jejichž množství u lidí často vzroste v důsledku extrémních atletických výkonů (Vesmír 98, 284, 2019/5).

Vedoucí realizačního týmu Aleksandar Kostic uvažuje i prakticky: „Myslíme si, že propionát by mohl projevit svou užitečnost u řady osob tím, že by působil i proti zánětům, nejen jako zdroj energie pro tělo. Možná má i další dosud neznámé účinky. Vyšší výkonnost silně souvisí s pomalejším stárnutím a prodloužením života u pacientů s diabetem, což by mohlo učinit probiotickou léčbu pomocí veillonel velmi atraktivní.“ Tomu věří i Jonathan Scheiman, nedávno také ještě student, první autor článku a původce myšlenky, že vytrvalci mají možná cosi zvláštního ve střevech. Zatím ho obě jeho lásky – sport a věda – nezklamaly.

Jde tedy o významnou studii, potvrzující dvousměrnou spolupráci obyvatel mikrobiomu s naším organismem. Než přijdou na trh nová „veilbiotika“ (třeba od firmy FitBiomics, Inc., založené několika spoluautory uvedené práce), pošťuchujme činnost našeho vlastního mikrobiomu dostatečně náročným sportem nebo prací. Jde o takovou aktivitu, která u zdravého člověka po rozcvičení zvýší tepovou frekvenci na hodnotu 220 tepů za minutu minus jeho věk. A neubírejme si při výpočtu prožité roky! Mládnout zatím neumíme a srdce to ví.

Výkonnost maratonských běžců v posledních 110 letech roste. Naznačují to hodnoty světových rekordů, které se z téměř tří hodin u mužů, resp. necelých čtyř hodin u žen, přibližují hranici dvou hodin, zvolené jako počáteční hodnota grafu. Ve všech zobrazených letech se, až na dvě výjimky, závodilo na trati dlouhé 42 km 195 metrů. Graf rovněž pěkně ukazuje, jak ženy svými rekordy „dobíhají“ muže. Platí to v mnoha sportovních disciplínách, ale v maratonském běhu a na dlouhých běžeckých tratích obecně mají ženy největší šanci muže „předběhnout“ (viz Vesmír 71, 353, 1992/6).