Jeśli szlak jelitowo-mózgowy występujący u myszy występuje również u ludzi, można go wykorzystać jako skuteczny sposób na zwiększenie aktywności fizycznej i poprawę ogólnego stanu zdrowia.
Naukowcy odkryli u myszy szlak jelitowo-mózgowy, który zwiększa wydajność ćwiczeń.
Według badania opublikowanego w NaturaProwadzony przez naukowców z Perelman School of Medicine Uniwersytet PensylwaniiNiektóre rodzaje bakterii jelitowych mogą aktywować nerwy w jelitach, aby zwiększyć motywację do ćwiczeń. W badaniu na myszach zidentyfikowano ścieżkę z jelit do mózgu, która wyjaśnia, w jaki sposób te bakterie mogą poprawiać wydajność ćwiczeń.
Badanie wykazało, że różnice w wydajności biegu między grupą myszy laboratoryjnych były spowodowane głównie obecnością pewnych gatunków bakterii w jelitach myszy osiągających lepsze wyniki. Naukowcy ustalili, że efekt ten jest związany z małymi cząsteczkami zwanymi metabolitami, które produkują te bakterie. Te metabolity aktywują nerwy czuciowe w jelitach, co z kolei zwiększa aktywność w obszarze mózgu kontrolującym motywację podczas ćwiczeń.
„Jeśli uda nam się potwierdzić, że podobna ścieżka istnieje u ludzi, może to zapewnić skuteczny sposób na zwiększenie poziomu ćwiczeń w celu poprawy ogólnego stanu zdrowia” – powiedział starszy autor badań, dr Christoph Theiss, adiunkt mikrobiologii. W medycynie Penn.
Theis i współpracownicy przeprowadzili badanie, aby szeroko przyjrzeć się czynnikom determinującym wydajność ćwiczeń. Zsekwencjonowali genomy, typy bakterii jelitowych, metabolity krwi i inne dane genetycznie zróżnicowanych myszy. Następnie zmierzyli ilość codziennych, dobrowolnych przebieżek zwierząt, a także ich wytrzymałość.
Naukowcy przeanalizowali te dane za pomocą uczenia maszynowego, szukając cech myszy, które mogłyby najlepiej wyjaśnić znaczące różnice między osobnikami w wynikach biegania. Byli zaskoczeni, gdy odkryli, że geny wydają się odpowiadać tylko za niewielką część tych różnic w wydajności – podczas gdy różnice w populacjach bakterii jelitowych wydają się być wykładniczo ważniejsze. W rzeczywistości zaobserwowali, że podawanie myszom antybiotyku o szerokim spektrum działania w celu pozbycia się bakterii jelitowych zmniejszyło wydajność biegu myszy o prawie połowę.
Ostatecznie, w procesie wieloletnich badań naukowych, które obejmowały kilkanaście oddzielnych laboratoriów w Pensylwanii i gdzie indziej, naukowcy odkryli, że dwa rodzaje bakterii są ściśle związane z lepszą wydajnością: Eubacterium odbytu I Coprococcus eutactusprodukuje metabolity znane jako liposomy[{” attribute=””>acid amides (FAAs). The latter stimulates receptors called CB1 endocannabinoid receptors on gut-embedded sensory nerves, which connect to the brain via the spine. The stimulation of these CB1 receptor-studded nerves causes an increase in levels of the neurotransmitter dopamine during exercise, in a brain region called the ventral striatum.
The striatum is a critical node in the brain’s reward and motivation network. The researchers concluded that the extra dopamine in this region during exercise boosts performance by reinforcing the desire to exercise.
“This gut-to-brain motivation pathway might have evolved to connect nutrient availability and the state of the gut bacterial population to the readiness to engage in prolonged physical activity,” said study co-author, J. Nicholas Betley, Ph.D., an associate professor of Biology at the University of Pennsylvania’s School of Arts and Sciences. “This line of research could develop into a whole new branch of exercise physiology.”
The findings open up many new avenues of scientific investigation. For example, there was evidence from the experiments that the better-performing mice experienced a more intense “runner’s high”—measured in this case by a reduction in pain sensitivity—hinting that this well-known phenomenon is also at least partly controlled by gut bacteria. The team now plans further studies to confirm the existence of this gut-to-brain pathway in humans.
Apart from possibly offering cheap, safe, diet-based ways of getting ordinary people running and optimizing elite athletes’ performance, he added, the exploration of this pathway might also yield easier methods for modifying motivation and mood in settings such as addiction and depression.
Reference: “A microbiome-dependent gut–brain pathway regulates motivation for exercise” by Lenka Dohnalová, Patrick Lundgren, Jamie R. E. Carty, Nitsan Goldstein, Sebastian L. Wenski, Pakjira Nanudorn, Sirinthra Thiengmag, Kuei-Pin Huang, Lev Litichevskiy, Hélène C. Descamps, Karthikeyani Chellappa, Ana Glassman, Susanne Kessler, Jihee Kim, Timothy O. Cox, Oxana Dmitrieva-Posocco, Andrea C. Wong, Erik L. Allman, Soumita Ghosh, Nitika Sharma, Kasturi Sengupta, Belinda Cornes, Nitai Dean, Gary A. Churchill, Tejvir S. Khurana, Mark A. Sellmyer, Garret A. FitzGerald, Andrew D. Patterson, Joseph A. Baur, Amber L. Alhadeff, Eric J. N. Helfrich, Maayan Levy, J. Nicholas Betley and Christoph A. Thaiss, 14 December 2022, Nature.
DOI: 10.1038/s41586-022-05525-z
The study was funded by the National Institutes of Health, the Pew Charitable Trust, the Edward Mallinckrodt, Jr. Foundation, the Agilent Early Career Professor Award, the Global Probiotics Council, the IDSA Foundation, the Thyssen Foundation, the Human Frontier Science Program, and Penn Medicine, including the Dean’s Innovation Fund.
„Introwertyk. Myśliciel. Rozwiązuje problemy. Specjalista od złego piwa. Skłonny do apatii. Ekspert od mediów społecznościowych. Wielokrotnie nagradzany fanatyk jedzenia.”
