Бактерии Roseburia inulinivorans оказали непосредственное влияние на мышечную массу и размер клеточных волокон. Этот микроорганизм избирательно модифицировал метаболизм сложных аминокислот и способствовал развитию быстрых мышечных волокон. Связь между присутствием микроба в кишечнике пожилых людей и высоким уровнем силы была отмечена как строгая.
Саркопения — снижение физической массы тела, связанное с возрастом, является причиной старческой немощи, увеличивает риск травм вследствие падений, ограничивает подвижность и негативно сказывается на общем состоянии здоровья. Специалисты в основном используют лечебную физкультуру и диеты с высоким содержанием белка для борьбы с этим заболеванием.
В последние годы биологи уделяют повышенное внимание изучению воздействия микрофлоры, обитающей в кишечнике, на метаболические процессы в организме человека. Оказалось, что микроорганизмы оказывают существенное влияние на развитие заболеваний сердечно-сосудистой системы и нервной системы. В связи с этим врачи активно проверяют предположения о том, как кишечный микробиом влияет на различные показатели физического здоровья.
В ходе недавнего исследования ученые детально изучили, присутствует ли функциональная связь между кишечником и мышцами. Полученные результаты опубликовали в журнале Gut.
Исследователи собрали образцы фекалий у 90 человек в возрасте от 18 до 25 лет и у 33 участников старше 65 лет. После этого у всех добровольцев были проведены тесты на жим ногами и жим штанги лежа. Специалисты оценили силу кистевого хвата и максимальное потребление кислорода во время бега на дорожке, чтобы определить уровень кардиореспираторной выносливости.
Анализ генома микробиоты выявил выраженную положительную корреляцию между наличием бактерий определенного рода Roseburia и мышечной силой человека. Нужный физиологический результат давал только штамм R. inulinivorans. Другие альтернативы не оказывали влияния на спортивные показатели молодых людей и пожилых граждан.
Пожилые участники с R. inulinivorans в кишечнике сжимали ручной динамометр на 29% сильнее ровесников без этого микроба.
Содержание необходимого микроорганизма в организме человека естественным образом уменьшалось с возрастом. У здоровых молодых людей химический процент штамма достигал 6,6%, в то время как у пожилых людей он не превышал 1,3%.
Для изучения взаимосвязи причины и следствия, ученые провели серию экспериментов с участием 32 самцов мышей. Прежде всего, микрофлору животных подавляли антибиотиками в течение двух недель. После этого грызунов разделили на четыре группы, причем три группы еженедельно получали различные виды бактерий Roseburia. В контрольной группе не проводилась трансплантация микроорганизмов. Исследование длилось восемь недель.
Мыши, принимавшие R. inulinivorans, по итогам четырехнедельного периода было зафиксировано повышение силы хвата передними лапами на 30% по сравнению с контрольной группой. Этот положительный эффект оставался устойчивым на протяжении всего периода наблюдения. Аналогичных результатов не удалось достичь при использовании других штаммов бактерий.
Исследование гистологического строения тканей выявило увеличение среднего размера мышечных волокон на срезах камбаловидной мышцы голени. Кроме того, отмечается рост количества быстрых клеток второго типа, ответственных за создание кратковременных усилий.
Выявленный метаболический анализ позволил установить основную причину клеточных изменений. Жизнедеятельность бактерии R. inulinivorans требовала больших объемов готовых аминокислот. Микроорганизмы активно потребляли их внутри слепой кишки мыши.
Снижение концентрации аминокислот в кишечнике инициировало компенсаторную реакцию, затронувшую весь организм. Под воздействием нехватки ресурсов, мышечная ткань активировала метаболические пути, связанные с переработкой пуринов и пентозофосфатов. Этот биохимический процесс обеспечил мышцам дополнительный энергетический запас для активного биосинтеза нуклеотидов, что в конечном итоге стимулировало рост клеток.
На данный момент биологи не сумели обеспечить устойчивое заселение кишечника грызунов бактериями, происходящими от человека. Положительное воздействие на организм наблюдалось лишь в период приема бактерий. Кроме того, механизмы химической передачи сигналов от желудка к мышечной ткани остаются неизученными.
В ходе исследования ученым удалось установить прямую биологическую взаимосвязь между определенной бактерией и ростом мышц R. inulinivorans стал главным кандидатом на создание клинических пробиотиков против старческой слабости и потери белка.