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肠道丰富韦荣氏球菌与马拉松赛跑有显著相关性。

肠道丰富韦荣氏球菌与马拉松赛跑有显著相关性。

有关人类微生物组的研究通常侧重于对健康和疾病患者进行检查,以图确定与健康和疾病相关的微生物组特征。近年来,陆续有研究表明运动与微生物组组成的变化有关。特别是对运动员的肠道微生物组发现运动员含有不同的微生物成分,这些微生物组由韦荣氏球菌(Veroniella)、类杆菌(Bacteroides)、普雷沃特菌(Prevotella)、史氏甲烷短杆菌(Methanobrevibacter )和阿克曼菌(Akkermansiaceae)的丰度升高。

为了确定与运动成绩和恢复状态相关的肠道细菌,Scheiman等人招募了15名参加2015年波士顿马拉松比赛的运动员和10名久坐人为对照组。对马拉松日前一周和马拉松日后一周收集的每日样本(n=209个样本)进行了16S rDNA测序。按个体、时间划分的门水平相对丰度(马拉松赛跑相关的前后5天),以及参与者是否是运动员表明,在这个高级分类视图中,任何正交差异都可能是由于个体水平的差异。在运动前和运动后状态之间,韦荣氏球菌是最丰富的微生物组特征,在相对丰度上有显著差异。为了验证韦荣氏球菌与马拉松后状态之间关联的重要性,他们构建了一系列广义线性混合效应模型来预测马拉松参与者中韦荣氏球菌的相对丰度。随后,计算广义线性混合效应模型中包括的所有系数的显著性;结果显示,除了与马拉松相关的时间外,其他系数均不显著。作为广义线性混合效应模型分析的一部分,进行了遗漏交叉验证和标签的迭代排列。此外,与非跑步者相比,跑步者中的韦荣氏球菌更为普遍,尽管这在统计上并不显著。这些相关性提出了韦荣氏球菌和马拉松运动员的表现之间是否存在因果关系的问题,但如果没有适当的验证,就无法得出结论。

按个体和时间划分的门级相对丰度(马拉松赛跑相关的前后天)表明,在组成方面,总体差异不大。按个体和时间划分的属水平上的脉内拉相对丰度(马拉松赛跑相关的前后5天)表明,韦荣氏球菌在相对丰度上有显著差异,15人在运动前后采集的样本之间都有差异。广义线性混合效应模型预测马拉松参与者的纵向脉内拉相对丰度。不同马拉松运动员之间的截距差异代表了随机效应。

荣氏球菌提高运动能力的动物实验

为了评估韦荣氏球菌是否对动物运动模型的表现有任何潜在益处,Scheiman等人等人设计了一个AB/BA交叉小鼠实验,为期两周,包括一个对照组(保加利亚乳杆菌灌胃,n=16)和一个治疗组(韦荣氏球菌灌胃,n=16),两周之间发生治疗/对照交叉(n=32只小鼠)。选择保加利亚乳杆菌作为对照,因为其无法分解乳酸,模拟细菌负荷而不影响乳酸代谢。使用直接从一名马拉松运动员中分离出来的非典型韦荣氏球菌菌株。给小鼠注射非典型韦荣氏球菌或保加利亚乳杆菌,并在5小时后使其精疲力竭。在交叉的两侧,与灌胃保加利亚乳杆菌的小鼠相比,灌胃非典型韦洛内拉的小鼠的最大运行时间在统计学上显著更长。作为广义线性混合效应模型分析的一部分,进行了遗漏交叉验证和标签的迭代排列。覆盖在广义线性混合效应模型拟合上的每鼠标运行时间,以及最大运行时间与最大运行时间之间的差异。非典型性灌胃显示“应答者”和“无应答者”之间有区别。非典型性灌胃与对照组相比,用非典型韦荣氏球菌治疗的小鼠平均运行时间延长13%。测试广义线性混合效应模型中的系数对跑步机运行时间的贡献的显著性表明,顺序效应不显著,而用非典型韦荣氏球菌治疗日(对运行时间的负面影响)和韦荣氏球菌治疗(对运行时间的正面影响)显著。在另一项实验中,运动后对炎性细胞因子水平进行量化,与保加利亚乳杆菌或PBS相比,静脉内拉治疗的动物的炎性细胞因子水平显著降低。为了评估肌肉生理学的变化,通过western blot对葡萄糖转运体GLUT4进行定量,但无论采用何种治疗,他们均未观察到任何变化。

非典型韦荣氏球菌灌胃改善小鼠跑步机运行时间。

在AB/BA交叉试验中,灌胃非典型韦荣氏球菌的小鼠每周的最大运行时间比灌胃保加利亚乳杆菌的小鼠更长。所示数据为给定治疗(所有小鼠第二周切换治疗)连续3天跑步机运行的最大运行时间。广义线性混合效应模型预测2周AB/BA交叉试验的运行时间。为了测试结果是否会在一个独立的人类运动员队列中重复,Scheiman等人在运动前后对87名来自超级马拉松运动员和奥运会赛艇运动员的粪便样本进行了鸟枪宏基因组测序。假定的分类学丰度再现了之前基于16S测序的与韦荣氏球菌的关联。利用新算法,通过高效利用云计算,大规模廉价构建宏基因组基因目录,通过按基因(n=2288155)构建样本相对丰度矩阵。韦荣氏球菌无法发酵碳水化合物,加上在先前测序的分离物中观察到大量乳酸输入渗透,表明促进乳酸分解的代谢酶可能是保守的。在整个超级马拉松和赛艇队列中,存在一组运动前后相对丰度不同的基因家族,代表了富集甲基丙二酰辅酶a途径的每一步将乳酸降解为丙酸。鉴于甲基丙二酰辅酶A途径在利用乳酸的微生物中的流行程度有限,运动后的这种富集可能暗示韦荣氏球菌引起肠道微生物群代谢谱的功能改变。

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