人体微生物组，大量的微生物集合在我们的许多器官和皮肤上的表面上，是维持我们整体健康的关键支柱。在任何时候，我们都会栖息着500到1000种不同的细菌，它们共同含有比人类基因组更多的基因。研究人员也逐渐认识到，没有两个人共享同一个微生物组。
个体的微生物组成可以随饮食，生活方式，抗生素和其他药物治疗以及其他因素而改变。尽管已发现个体微生物组与多种疾病(如肥胖，炎症性肠病，关节炎，癌症和孤独症)之间存在各种联系，但仍然不知道微生物组是否也可能与积极增强健康和身体表现有关。
“在这个项目的开始，我们假设精英运动员的微生物组必须具有高度调整的细菌物种，这些物种可以帮助他们的表现和恢复，并且一旦确定，这些可以成为高度验证的性能增强的基础益生菌，“联合第一作者乔纳森·谢曼(Jonathan Scheiman)博士说，他曾是博士后研究员，曾与乔治·丘奇博士一起创立该项目。哈佛大学Wyss生物启发工程研究所核心教员，哈佛医学院教授(HMS)。Scheiman还是FitBiomics Inc.的首席执行官，他本人也是前职业篮球运动员。
现在，由Wyss Institute和HMS的Scheiman和Church领导的高度协作的研究团队和波士顿Joslin糖尿病中心的Aleksandar Kostic指出了一组特定的细菌，称为Veillonella，他们发现这些细菌富含波士顿的肠道微生物组完成26.2英里比赛后的马拉松选手以及在比赛结束后由87名精英和奥运选手组成的独立团体。与对照细菌相比，从马拉松运动员中分离并给予小鼠的Veillonella细菌使实验室跑步机测试中的动物性能提高了13%。
“我们能够证明，Veillonella驱动的性能提升是由于细菌能够分解乳酸，一种已知长时间剧烈运动积累的代谢物，以及产生丙酸盐，一种短链脂肪酸(SCFA)，反过来增强了身体对运动压力的适应能力，“联合通讯作者Kostic博士说，他是乔斯林糖尿病中心微生物学助理教授，并致力于计算和实验方法，旨在更好地理解人类微生物组之间的关系。和糖尿病等代谢疾病。
在他们对2015年波士顿马拉松运动员的初步分析中，研究人员通过测定运动员粪便样本中细菌的无处不在但高度物种特异性基因簇的DNA序列来分析跑步者的微生物组成。“在运行前一周和运行后的一周内每天收集样品，并在Aleksandar的生物信息学管道的帮助下进行分析，使我们能够确定整个微生物组内有意义的波动，其中Veillonella属的增加是最突出的， “谢曼说。
Veillonella能够消耗乳酸作为能量来源是众所周知的，但该团队又向前迈进了一步。他们证明了一种单一的Veillonella，即Veillonella atypica，它们从马拉松运动员的微生物组中分离并添加到小鼠的肠道微生物组中，可以提高动物在跑步机运行测试中的表现。
主要生物信息学分析和动物实验由共同作者Jacob Luber和Theodore Chavkin进行，他们都是Kostic小组的研究生。
但是怎么样?乳酸盐在工作肌肉中产生，通过血管系统循环，被肝脏清除，另一方面细菌存在于肠腔中，没有明显的联系。事实上，研究小组提供了第一个证据，证明乳酸实际上可以从循环通过肠上皮壁进入肠腔，在那里它可用于Veillonella和可能的其他细菌。有趣的是，细菌不会起到“乳酸盐沉降”的作用，导致全身循环乳酸水平大幅下降。相反，它是细菌乳酸发酵产物，即短链脂肪酸丙酸酯，从肠腔回流到循环中以提高性能。
合作者确实表明丙酸盐，当滴入小鼠的肠腔时，可以复制许多Veillonella的效果，如跑步机运行时间增加到耗尽，以及肠道中常见炎症标志物水平下降经过极限运动表演和跑步机在鼠标模型中运行。“我们认为丙酸可以通过反作用炎症表现出其性能益处，作为身体的能量来源，以及其他尚未知的效果，”Kostic推测。“值得注意的是，较高的运动能力与糖尿病患者的轻度进展和更长的寿命密切相关，这可能使益生菌Veillonella接近治疗。”
“这项研究很好地证实了我们最初的假设，并提供了人类宿主和微生物组之间'代谢共生'最引人注目的例子之一，它可以广泛用作益生菌策略，不仅适用于运动员，还可以改善患者的健康状况，”共同通讯作者，同时也是哈佛大学和麻省理工学院(MIT)HMS和健康科学与技术遗传学教授，以及Wyss研究所合成生物学平台的负责人。“现在我们已经建立了一个识别与极端性能相关的微生物的平台，我们可以探索其他类型的极端运动员或个人的微生物组，这些运动员或个人非常适应环境挑战，
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