由乔斯林糖尿病中心和哈佛医学院的一个团队领导的研究人员已经确定了马拉松运动员肠道微生物组中的一种细菌 - 但不是久坐不动的人 - 这可以提高运动能力。试验表明，接种了从精英运动员中分离出的细菌Veillonella atypica菌株的小鼠能够在跑步机上比对照动物运行更长时间。研究人员发现，Veillonella细菌优先代谢乳酸，这是在艰苦运动中产生的肌肉，并将其转化为短链脂肪酸(SCFA)丙酸盐，然后身体可以利用它来改善运动表现。研究人员建议Veillonella可以制定为膳食补充剂，以帮助提高健康促进运动的水平，这些运动可能由通常无法有效锻炼的个体进行。

“增加运动能力是整体健康和预防心血管疾病，糖尿病和整体寿命的有力预测因素，”该团队发表的自然医学论文的助理教授兼通讯作者Aleksandar D. Kostic博士说。“我们设想的是人们可以服用的益生菌补充剂，这将增加他们进行有意义的运动的能力，从而保护他们免受包括糖尿病在内的慢性疾病。”该团队的论文标题为“精英运动员的元组学分析确定表现 -通过乳酸代谢增强微生物。“

以前的研究表明，这项运动与运动员微生物组的变化有关，但这些变化的影响尚不清楚。为了研究特定的肠道细菌是否与运动表现和恢复有关，Jonathan Scheiman博士是哈佛医学院George Church博士实验室的研究员，每天从15名运动员那里获取每日粪便样本波士顿马拉松，并将他们带到Kostic实验室进行分析，看看哪些细菌存在。在马拉松比赛之前，每天收集并分析来自跑步者的粪便样品一周，然后在马拉松比赛后每天再次分析一周。将分析结果与来自久坐个体的粪便样品进行比较。

结果表明，马拉松赛跑者样本中的Veillonella种类远远多于马拉松前，并且在跑步者中比在非跑步者中更为普遍。“立即引起我们注意的一件事就是这种单一的生物体，Veillonella，在跑步者的马拉松比赛后立即显着丰富，”Kostic说。“Veillonella在马拉松运动员[一般]中的丰度也高于久坐不动的人。”对运动前后87名超马拉松运动员和奥运试验赛艇运动员的独立队列进行的粪便样本分析证实，Veillonella物种运动后。

在这个阶段，目前尚不清楚这些发现是否与运动员的表现有任何关联，但是当研究人员给实验小鼠一个直接从其中一个跑步者中分离出的V. atypica菌株时，治疗的动物能够运行很多比对照小鼠长。作者写道，“用V. atypica治疗的小鼠平均比对照组长13%。”

事实证明，Veillonella物种使用乳酸(乳酸)作为其主要食物来源，它们代谢成SCFAs醋酸盐和丙酸盐。当缺氧时长时间剧烈运动时，乳酸会在肌肉中产生并积聚，因此，Veillonella相关的运动表现改善可能与细菌去除多余乳酸的能力有关。

“当我们深入研究Veillonella的细节时，我们发现它在人类微生物组中相对独特，因为它使用乳酸或乳酸作为其唯一的碳源，”Kostic说。通过充当乳酸盐吸收可以改善运动性能的Veillonella的建议得到了以下研究的支持：研究表明注射到用V. atypica治疗的小鼠尾静脉中的放射性标记的乳酸可以在几分钟内穿过肠上皮屏障进入肠腔，因此可以接近细菌。

“我们的直接假设是，它可以作为代谢水槽从系统中去除乳酸，其想法是肌肉中的乳酸积聚会产生疲劳，”Kostic说。“但与Sarah Lessard，[Joslin的临床研究员]和运动生理学领域的其他人交谈，显然乳酸盐积聚导致疲劳的观点并不是真的。因此，它让我们重新思考这种情况的发生机制。“

为了尝试找到Veillonella与改善运动表现之间的替代联系，该团队对精英运动员进行了宏基因组学分析，以确定哪些事件是由Veillonella的乳酸代谢引发的。他们发现运动后所有参与乳酸代谢到丙酸的酶都会增加。“在整个超级马拉松和划船队列中，存在一组基因家族，其前后运动具有不同的相对丰度，代表了富集的甲基丙二酰辅酶A途径的每一步，将乳酸降解为丙酸...”该团队写道。

有趣的是，丙酸盐先前已被证明可以提高小鼠的心率和最大耗氧率，并提高禁食人群的静息能量消耗和脂质氧化。研究人员认为，它可能是丙酸的产生，而不是乳酸的去除，这是细菌和改良运动之间的联系。“然后问题可能是它不是去除乳酸，而是丙酸的产生，”科斯特说。

为了测试这种可能性，研究人员研究了含有丙酸盐灌肠剂的小鼠的运行能力。他们写道：“丙酸盐是直接引入而不是口服，因为结肠吸收为丙酸盐提供更直接的途径，使丙酸盐到达体循环，反映了Veillonella-来源丙酸盐的位置。”实验证实，与对照小鼠相比，直肠内补充丙酸盐的动物能够在跑步机上运行的时间长于对照小鼠。朊病毒治疗小鼠的运动改善水平与口服V. atypica的动物相似。

“这些数据说明了一种模型，其中运动过程中产生的全身乳酸与肠腔相交，并由Veillonella代谢为结肠中的丙酸盐，这反过来有助于促进表现，”作者总结道。“微生物体衍生的SCFAs然后直接和敏锐地增加性能，表明在持续的运动期间产生的乳酸可以被微生物组接近并转化为这些改善运动表现的SCFA ...我们建议运动员的高乳酸环境提供选择性优势用于乳酸代谢生物如Veillonella的定植。“

Kostic建议，这项研究报告首次直接证明了微生物与人类宿主之间共生关系的一个强有力的例子。“这是一个非常重要的例子，说明微生物组如何进化成为人类宿主中的这种共生存在......微生物组是如此强大的代谢引擎。很清楚。它创造了这个积极的反馈循环。主人正在生产这种特殊微生物所喜爱的东西。然后作为回报，微生物正在创造一些有益于主人的东西。“

运动是健康生活方式的重要组成部分，但患有代谢紊乱的人可能无法在可能对预防2型糖尿病产生实际影响的水平上运动。新的结果表明，给人们提供含有Veillonella的益生菌补充剂可以为他们提供足够的促进有效运动。用丙酸盐丸直接给药是行不通的，因为短链脂肪酸在消化酶生效之前会被分解。

作者承认，有些问题需要通过进一步的研究来回答。“未来的研究需要帮助解释为什么明显偏爱Veillonella而不是其他许多乳酸代谢生物”