Przeprowadzone przez naukowców z University of Pennsylvania badania (http://dx.doi.org/10.1038/s41586-022-05525-z) na myszach pozwoliły zidentyfikować szlak jelitowo-mózgowy, który tłumaczy, dlaczego niektóre bakterie zwiększają nie tylko chęć do ćwiczeń, ale także ich wydajność.

Okazuje się, że różnice w wynikach biegania w dużej grupie zwierząt można w dużej mierze przypisać obecności pewnych gatunków mikrobów jelitowych. Osobniki osiągające najlepsze wyniki miały w organizmach szczepy, których nie było u pozostałych gryzoni.

„Jeśli uda nam się potwierdzić obecność podobnego szlaku w jelitach ludzi, będzie to ważny krok w kierunku zwiększenia poziomu aktywności fizycznej w celu ogólnej poprawy zdrowia publicznego” – uważa główny autor publikacji, mikrobiolog dr Christoph Thaiss.

Wraz ze swoi zespołem Thaiss przez lata prowadził duży projekt poświęcony poszukiwaniu czynników determinujących wydajność ćwiczeń. W jego ramach analizował m.in. różne czynniki związane z jelitami: skład mikrobioty, sekwencję genomów bakterii jelitowych, metabolity krwi itp. Zmienne te porównywał z ilością codziennych, dobrowolnych biegów w kole, które zwierzęta wykonywały w swoich klatkach, a także z wytrzymałością gryzoni.

Analizę prowadzono przy pomocy metod uczenia maszynowego; szukano takich cech myszy, które najlepiej wyjaśniają duże międzyosobnicze różnice w osiągach.

Naukowcy byli bardzo zaskoczeni, kiedy odkryli, że genetyka myszy zdaje się odpowiadać tylko za niewielką część tych różnic. Największą rolę odgrywają zaś różnice w populacjach bakterii jelitowych. Zaobserwowali, że podawanie zwierzętom antybiotyków o szerokim spektrum działania (działających także bakterie jelitowe) zmniejszyło wydajność ich biegu o około połowę.

Ostatecznie wieloletnia praca naukowo-detektywistyczna prowadzona przez kilkanaście niezależnych laboratoriów pozwoliła ustalić, że dwa konkretne gatunki bakterii są ściśle związane z lepszą wydajnością gryzoni. Są to: Eubacterium rectale i Coprococcus eutactus. Oba wytwarzają metabolity znane jako amidy kwasów tłuszczowych (FAA), które z kolei stymulują receptory endokannabinoidowe CB1 zlokalizowane na nerwach czuciowych jelit. To właśnie te ostatnie struktury łączą jelita z mózgiem. Stymulacja nerwów wyposażonych w CB1 powoduje wzrost poziomu dopaminy uwalnianej podczas ćwiczeń w obszarze mózgu zwanym prążkowiem brzusznym.

Prążkowie jest krytycznym elementem mózgowego ośrodka nagrody i motywacji. Naukowcy doszli więc do wniosku, że dodatkowa dawka dopaminy w tym regionie zwiększa wydajność, gdyż wzmacnia chęć do ćwiczeń.

„Odkryty przez nas szlak motywacji łączący jelita z mózgiem mógł ewoluować, aby dopasować dostępność składników odżywczych i stan populacji bakterii jelitowych do gotowości na długotrwałą aktywność fizyczną - wyjaśnia współautor badania, dr J. Nicholas Betley. - Ta nowa wiedza może się rozwinąć z zupełnie nową gałąź badań nad fizjologią ćwiczeń”.

Jak dodaje naukowiec, istnieją także dowody, że myszy osiągające lepsze wyniki doświadczają bardziej intensywnej „euforii biegacza” (ang. runners high), mierzonej m.in. zmniejszeniem wrażliwości na ból. Sugeruje to, że euforia biegacza także może być - przynajmniej częściowo - kontrolowana przez bakterie jelitowe.

Teraz zespół z Penn planuje dalsze badania, które potwierdzą lub wykluczą istnienie podobnego szlaku jelitowo-mózgowego u ludzi. (PAP)

Katarzyna Czechowicz

kap/ zan/