A bél-mikrobiom és a fizikai teljesítmény kapcsolata: a Veillonella-fajok szerepe a laktát-anyagcserében

A tanulmány szerint a Veillonella nemzetséghez tartozó baktériumok a testmozgás során termelődő tejsavat használják fel energiaforrásként, és propionátot termelnek, amely javítja az állóképességet.

1. A maratonfutók mikrobiom-profilja: Veillonella-dúsulás a terhelés után

A kutatók 15 bostoni maratonfutó mikrobiomját vizsgálták a verseny előtti és utáni napokban, valamint 10 ülő életmódú kontrollszemélyét. A 16S rDNS-szekvenálás egyértelműen kimutatta, hogy a maraton után szignifikánsan megnőtt a Veillonella aránya a sportolók székletmintáiban.

A Veillonella-fajok különlegessége, hogy nem szénhidrátokat, hanem laktátot használnak elsődleges szénforrásként – vagyis azt az anyagot, amely az izommunkából felszabaduló tejsav formájában a fáradtság egyik biokémiai jele.

Ezzel a mikroba gyakorlatilag „újrahasznosítja” az izomműködés melléktermékét.

2. Laktát → propionát: a mikrobiális metabolikus útvonal

A Veillonella-fajok által végzett anyagcsere-átalakítás kulcsa a methylmalonyl-CoA útvonal, amely a laktátot propionáttá alakítja. A kutatásban azonosított enzimek mindegyike nagyobb relatív abundanciát mutatott a testmozgást követően.

A Veillonella atypica bejuttatása egérmodellbe 13%-kal hosszabb futási időt eredményezett a kontrollhoz képest. A mérések egyértelművé tették, hogy a hatás nem gyulladáscsökkentés, hanem energia-anyagcsere-fokozás révén valósul meg.

A propionát, mint rövid szénláncú zsírsav, fokozza a lipid-oxidációt, az oxigénfelvételt és az energia-leadást, így a sportteljesítmény természetes „biohajtóanyagává” válik.

3. A vér–bél tengely új dimenziója: a laktát átlépés a bélfalon

^13C3-jelölt laktáttal végzett kísérletek kimutatták, hogy az izom eredetű szérumlaktát átjut a bél-barrieren, és eléri a bél lumenét, ahol a Veillonella metabolizálni tudja. Ez új összeköttetést tár fel az izom és a mikrobiom között – egy vér–bél metabolikus tengelyt,ahol a testmozgás mellékterméke egy másik szervrendszer (a bél) energiájává alakul.

Az így képződő propionát visszakerül a keringésbe, és szisztémásan fejti ki teljesítményfokozó hatását. Intrarektális propionát-adagolással a kutatók ugyanolyan mértékű javulást értek el, mint a Veillonella beoltásával – tehát a hatás metabolit-közvetített.

4. A „mikrobiális Cori-ciklus”: új modell a gazda–mikrobiom együttműködésre

A klasszikus Cori-ciklus az izom és a máj közötti laktát–glükóz körforgást írja le.

A Harvard kutatói ehhez most hozzáadtak egy új elemet: a mikrobiális Cori-ciklust, ahol a laktát egy részét nem a máj, hanem a bélmikrobiom dolgozza fel.

Ebben a rendszerben:

• az izom laktátot termel,
• a laktát bélbe jut,
• a Veillonella propionáttá alakítja,
• a propionát pedig visszajut a vérkeringésbe,
• javítva az energia hasznosítást és a teljesítményt.

Az első ábrán a fekete nyilak a Cori-ciklus jól ismert lépéseit jelölik, ahol a glükóz az izomban laktáttá alakul, a vérkeringésen keresztül a májba kerül, majd a májban glükoneogenezisen keresztül újra glükózzá alakul. A piros nyilak ebben a glükoneogenezisben végzett lépéseket jelölik. Először az izomban termelt laktát a vérkeringésen keresztül a béllumenbe kerül. A bélben ”szénforrásként” szolgál bizonyos mikrobák, köztük a Veillonella fajok számára. Ez okozza a bélrendszeri Veillonella megfigyelt virágzását, valamint SCFA melléktermékek (elsősorban propionát) termelését, amelyeket a gazdaszervezet a bélhámon keresztül vesz fel. A mikrobiomból származó SCFA-k jelenléte a vérben ismeretlen mechanizmus révén javítja a sportteljesítményt. Ez együttesen egy kiegészítést hoz létre a Cori-ciklushoz azáltal, hogy egy edzés melléktermékét teljesítményfokozó molekulává alakítja át, amit a sportoló bélmikrobiomjának természetesen előforduló tagjai közvetítenek.

Ez a felfedezés új biológiai paradigmát teremt: az emberi test nemcsak sejtszinten, hanem mikrobiális partnerein keresztül is optimalizálja saját működését.

5. Alkalmazási perspektívák: mikrobiom-alapú teljesítmény optimalizálás

Ez az első kutatás, amely ok-okozati bizonyítékot szolgáltat a bél-mikrobiom és a fizikai teljesítmény között. A felismerés megnyitja az utat sport-specifikus probiotikumok és mikrobiom-alapú edzésadaptációs stratégiák fejlesztése előtt.

Összefoglalás

A kutatás egyértelműen igazolja, hogy a fizikai aktivitás és a bélmikrobiom működése többirányú, dinamikus kapcsolatban áll. A testmozgás során termelődő laktát nem csupán az izomműködés mellékterméke, hanem jelentős tápanyagforrás a mikrobiom számára, amely azt propionáttá alakítva visszahat a gazdaszervezet teljesítményére.

A Veillonella-fajok aktivitása így új biokémiai kapcsolatot hoz létre az izom, a vérkeringés és a bél között, amit a kutatók találóan „mikrobiális Cori-ciklusnak” neveztek el. Ez a folyamat a testmozgás során termelődő energia kettős újrahasznosítását teszi lehetővé: egyrészt a máj glükóztermelése, másrészt a bél mikrobiális propionátképzése révén.

Ugyanakkor fontos látni, hogy ez az „új” mikrobiális energiaút nem önmagában teljesítményfokozó, hanem kifejezetten a fokozott izomtevékenységgel együtt érvényesül optimálisan. Csökkenő fizikai aktivitás (ülő életmód) vagy gyorsan felszívódó szénhidrátokban gazdag étrend esetén a szervezet energiaszenzorai – különösen az mTORC1 fehérjevezérlés – eltérően reagálnak: a kedvezőtlen anyagcsere-jeladások miatt a mikrobiális-izom kapcsolat akár visszafelé is fordulhat, és a rendszer teljesítményt támogató hatása gátlódhat vagy elmaradhat. Ezért a Veillonella-alapú mikrobiális előny valódi hatékonysága mindig az aktuális edzésvolumen, a metabolikus terhelés, valamint az étrend minősége által meghatározott környezetben értelmezhető.

A felfedezés nemcsak a sporttáplálkozás és teljesítményélettan területén jelent mérföldkövet, hanem a mikrobiom-alapú terápiák számára is új utat nyit: az energiaháztartás és anyagcsere finomhangolása a mikrobiális partnerek tudatos támogatásán keresztül valósulhat meg.

A jövő sportolója, nemcsak az izmait, hanem a mikrobiomját is edzeni fogja. A teljesítmény, a regeneráció és az egészség így valóban egy összehangolt ember–mikrobiom rendszer eredménye lesz.

Forrás: Scheiman, J., Luber, J.M., Chavkin, T.A. et al. Meta-omics analysis of elite athletes identifies a performance-enhancing microbe that functions via lactate metabolism. Nat Med 25, 1104–1109 (2019). https://doi.org/10.1038/s41591-019-0485-4