Erforschung der Beziehung zwischen Darmmikrobiom, körperlicher Fitness und Stoffwechselreaktionen auf körperliche Betätigung (EXOMIC)

Darmmikrobiota sind alle Mikroorganismen, einschließlich Bakterien, Archaeen und mikroskopisch kleine Eukaryoten, die im Verdauungstrakt von Menschen oder Säugetieren leben. Alle diese Mikroorganismen leben in Homöostase im Magen-Darm-Trakt und bieten dem Immunsystem und dem Energiestoffwechsel des Wirts in einem Zustand, der als Eubiose bezeichnet wird, eine Vielzahl von Vorteilen. Im Gegensatz dazu tritt ein Zustand der Dysbiose auf, wenn die Diversität kommensaler Bakterien reduziert ist, insbesondere bei einigen chronischen Krankheiten, einschließlich Fettleibigkeit, Krebs oder Magen-Darm-Erkrankungen. Während des letzten Jahrzehnts haben umfangreiche Studien gezeigt, dass ein Zusammenhang zwischen der Zusammensetzung der Darmmikrobiota und der sportlichen Leistung besteht. Das Forschungsteam identifizierte insbesondere eine direkte Verbindung zwischen der Darmmikrobiota und der Skelettmuskulatur, einem Schlüsselorgan für die sportliche Leistung (Nay et al. 2019). Unter Verwendung von Nagetiermodellen beobachteten sie, dass 1) die Ausdauerleistung bei Mäusen reduziert war, bei denen das Darmmikrobiom experimentell zerstört worden war (Nay et al. 2019), und 2) die Verringerung der Ausdauerleistung auf niedrigere Muskelglykogenspiegel zurückzuführen war, a wichtiges Energiesubstrat für die Muskelausdauer.

Ergänzende Untersuchungen wurden am Menschen durchgeführt, um die Auswirkungen körperlicher Aktivität auf die Zusammensetzung und Funktion der Darmmikrobiota zu charakterisieren. Eine Studie, die in einer großen amerikanischen Kohorte von 1500 Personen durchgeführt wurde, hat somit hervorgehoben, dass die Vielfalt der Darmmikrobiota bei Personen, die regelmäßig körperlich aktiv sind (3-5 Mal pro Woche oder mehr), viel wichtiger war als bei körperlich inaktiven Personen. Die wenigen Studien, die an Spitzensportlern durchgeführt wurden, stimmen mit diesen Ergebnissen überein. Tatsächlich wurde gezeigt, dass internationale irische Rugbyspieler eine deutlich höhere mikrobielle Diversität aufwiesen als inaktive und sesshafte Populationen, was mit einer höheren Produktion von kurzkettigen Fettsäuren (SCFA) verbunden ist, einigen wichtigen Energiesubstraten, die von kommensalen Bakterien produziert werden (Clarke et al. 2014 ; Barton et al. 2018). Umgekehrt kommt es bei Menschen, die körperlich völlig dekonditioniert sind, wie Astronauten in Schwerelosigkeit oder bettlägerige Patienten, zu einer deutlichen Veränderung der Zusammensetzung der Darmmikrobiota im Magen-Darm-Trakt (Voorhies und al. 2019). Solche Unterschiede zwischen Spitzensportlern, inaktiven oder extrem inaktiven Personen lassen sich nicht nur mit dem Lebensstil, insbesondere der Ernährung, erklären. In der Tat haben Längsschnittstudien eindeutig gezeigt, dass eine mehrwöchige Trainingsperiode die mikrobielle Diversität des Darms beim Menschen erhöhen kann, was auf eine erhöhte Fähigkeit der Darmmikrobiota hindeutet, Energie aus der Nahrung zu extrahieren, insbesondere aus Ballaststoffen (Allen et al. 2018). Alles in allem sprechen diese Daten dafür, dass sich die Darmmikrobiota an den Energiebedarf des Körpers anpassen könnte, der bei Spitzensportlern wirklich höher oder bei extrem inaktiven Personen (z. Astronauten oder bettlägerige Patienten). Diese Daten deuten auch darauf hin, dass die Darmmikrobiota rechtzeitig über den Stoffwechselzustand des Körpers eines Individuums informieren könnte.

In diesem Zusammenhang zielt diese klinische Studie darauf ab, das bakterielle Metagenom der Darmmikrobiota von Populationen zu charakterisieren, die sich in einem Kontinuum von sitzenden Menschen bis hin zu Spitzensportlern mit hoher (d. h. Fußballspieler), selbst bei sehr hohem Energiebedarf (z. Radfahrer). Die Endgültigkeit dieses Projekts besteht also darin, festzustellen, ob ein Bakterienprofil existiert, das es erlaubt, den Energiestoffwechsel eines Athleten zu charakterisieren, ja sogar vorherzusagen, und damit die Wahrscheinlichkeit, im Wettkampf leistungsfähig zu sein.

Zu diesem Zweck werden wir die metabolischen Reaktionen auf das Training verschiedener sportlicher Populationen (d.h. Spitzenradfahrer und Fußballspieler) und nicht aktive oder mäßig aktive Bevölkerungsgruppen. Alle Freiwilligen (n=50) führen 3 Besuche im M2S-Labor durch: 1) einen Inklusionsbesuch mit anthropometrischen Messungen, Ernährungs- und Bewegungserhebungen, und danach verlässt der Freiwillige das Labor mit einem Nahibu-Kit, mit dem er uns ein senden kann Stuhlprobe in den nächsten 7 Tagen, 2) ein zweiter Besuch zur Durchführung des inkrementellen Radfahrtests, 3) ein letzter Besuch zur Durchführung von Stoffwechselmessungen im nüchternen Zustand bei basalen und submaximalen Belastungen. Die dabei gemessenen Stoffwechselparameter (z. VO2max, Leistung in aeroben und anaeroben Schwellen, maximale Kohlenhydrate und Lipidoxidation) werden dann mit den metagenomischen Schrotflintendaten in Beziehung gesetzt, die in Stuhlproben erhalten wurden.