i

Aktuální číslo:

2019/10

Téma měsíce:

Sesuvy

Mikrobi, kteří z nás udělají maratonce

 |  2. 9. 2019
 |  Vesmír 98, 514, 2019/9

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.

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.

Literatura

[1] Gilbert J. A. et al.: Current understanding of the human microbiome, Nature Medicine, 2018, DOI: 10.1038/nm.4517.

[2] Scheiman J. et al.: Meta-omics analysis of elite athletes identifies a performance-enhancing microbe that functions via lactate metabolism, Nature Medicine, 2019, DOI: 10.1038/s41591-019-0485-4.

[3] Sghir A. et al.: Quantification of Bacterial Groups within Human Fecal Flora by Oligonucleotide Probe Hybridization, Appl. Environ. Microbiol., 2000, DOI: 10.1128/AEM.66.5.2263-2266.2000.

Poznámky

1) V našich mikrobiálních koloniích převládají rody BacteroidesPrevotella, které patří ke kmeni Bacteroidetes. Složení kolonií a jejich metabolická aktivita jsou do značné míry závislé na tom, co jíme, a navíc samy mohou ovlivnit využití nejen jídla, ale i drog a léků. Prevotely preferují dietu bohatou na rostliny včetně složených cukrů, ovoce a zeleninu, zatímco bakteroidy jsou spojeny s vysokým příjmem tuku a bílkovin. Druhy BacteroidesPrevotella mají svá vlastní specifická sídla v lidském těle, nejen ve střevech, ale i v ústech nebo pohlavních cestách, protože jsou vlastně antagonisté. Je překvapivé, že populární probiotický rod Lactobacillus představuje ve střevech a lidských exkrementech méně než 1 % objemu a jeho význam při metabolismu laktózy zůstává sporný. [3]

2) Možná že Keňan Eliud Kipchoge vděčí svému rekordnímu maratonskému času 2.01:39 nejen skvělé genetické výbavě a červeným svalovým vláknům, ale i tomu, že jeho laktát při běhu víc nakrmí jeho atypickou veillonelu než u soupeřů, a ta se mu odvděčí nadbytkem propionátu.

Ke stažení

OBORY A KLÍČOVÁ SLOVA: Mikrobiologie, Fyziologie

O autorovi

František Vyskočil

Prof. RNDr. František Vyskočil, DrSc., (*1941) vystudoval Přírodovědeckou fakultu UK v Praze. Ve Fyziologickém ústavu AV ČR, se zabývá neurofyziologií a biofyzikou buněčných membrán. Objevil nekvantové uvolňování neuropřenašečů na synapsích savců. Hirschův index (Vesmír 85, 555, 2006/9) jeho prací je 36. Je členem Učené společnosti ČR a The Physiological Society (Londýn a Cambridge). Na Přírodovědecké fakultě UK v Praze a na Lékařské univerzitě v Kazani přednáší fyziologii živočichů a člověka. V roce 2011 získal čestnou oborovou medaili J. E. Purkyně a na návrh předsedy AV ČR medaili Josefa Hlávky.
Vyskočil František

Doporučujeme

Zhasněte světla!

Zhasněte světla!

Pavel Pecháček  |  7. 10. 2019
V důsledku technologického pokroku i rostoucí lidské populace stále přibývá míst, která jsou v noci vystavena umělému osvětlení (někdy...
Negativní dopady sesuvů

Negativní dopady sesuvů

Jan Klimeš  |  7. 10. 2019
Hlavním důvodem studia sesuvů jsou působené škody na majetku a v extrémních případech i ztráty na životech lidí. Přesto jsou objektivní a...
Odkrytá skrytá tvář Měsíce

Odkrytá skrytá tvář Měsíce uzamčeno

Pavel Gabzdyl  |  7. 10. 2019
Po celou dobu existence lidstva nám Měsíc ukazoval jen přivrácenou polokouli. Pouhých 60 let (od října 1959) známe díky ruské sondě Luna 3 i...

Předplatným pomůžete zajistit budoucnost Vesmíru

Tištěná i elektronická
verze časopisu
Digitální archiv
od roku 1994
Speciální nabídka
pro školy a studenty

 

Objednat předplatné