Mikrobiota kā treneris: baktērijas, kas audzēja muskuļu šķiedras

Žurnālā Scientific Reports tika publicēts pētījums, kurā zinātnieki "atkārtoti salika kopā" peļu mikrobiotu un atklāja specifiskas zarnu baktērijas, kas var ievērojami uzlabot spēka rādītājus un muskuļu sastāvu. Pēc cilvēka mikrofloras transplantācijas pelēm un sekojošas kandidātu testēšanas autori identificēja divas sugas - Lactobacillus johnsonii un Limosilactobacillus reuteri. Šo baktēriju ilgstoša ievadīšana novecojošām pelēm uzlaboja spēka testu rezultātus, palielināja skeleta muskuļu masu un muskuļu šķiedru šķērsgriezuma laukumu, kā arī molekulārā līmenī palielināja mioreģeneratīvo marķieru FST (follistatīna) un IGF-1 ekspresiju. Darbs tika publicēts 2025. gada 18. augustā.

Pētījuma pamatojums

Sarkopēnija — ar vecumu saistīta skeleta muskuļu spēka un kvalitātes samazināšanās — palielina kritienu, invaliditātes un mirstības risku. Klasiskās intervences (pretestības treniņi, pietiekams olbaltumvielu daudzums) darbojas, taču daudziem vecāka gadagājuma pieaugušajiem to ietekme ir ierobežota, tāpēc uzmanība tiek pievērsta jauniem mērķiem, tostarp zarnu mikrobiomam. Uzkrātie pierādījumi saista mikrobiotas sastāvu ar muskuļu metabolismu un funkciju un pat liecina, ka probiotiku piedevas var nedaudz uzlabot spēku un fizisko aktivitāšu sniegumu, lai gan pētījumu rezultāti ir dažādi.

“Zarnu-muskuļu ass” ideja balstās uz vairākiem mehānismiem: īsās ķēdes taukskābes, ko sintezē mikrobi, ietekmē muskuļu enerģijas metabolismu; mikrobiota modulē iekaisumu un zarnu barjeras integritāti; un augšanas un plastiskuma signāli tiek mainīti, izmantojot neiroendokrīnos ceļus. Savukārt fiziskās aktivitātes arī “pārstrukturē” mikrobu sastāvu – divvirzienu attiecības. Tas rada pamatu tādu celmu meklēšanai, kas īpaši atbalsta muskuļu darbību novecojošos organismos.

Tomēr līdz nesenam laikam mums bija daudz saistību un maz cēloņsakarību pierādījumu specifisku baktēriju līmenī. Jauns raksts žurnālā Scientific Reports daļēji aizpilda šo plaisu: autori vispirms transplantēja cilvēka mikrobiotu pelēm un parādīja, ka tās variācijas atšķirīgi ietekmē spēka testus, un pēc tam funkcionāli pārbaudīja kandidātus un identificēja divas galvenās sugas — Lactobacillus johnsonii un Limosilactobacillus reuteri. Šo celmu ilgstoša ievadīšana novecojošām pelēm palielināja muskuļu spēku, masu un šķērsgriezuma laukumu, un molekulāro marķieru līmenī tā palielināja FST un IGF-1 ekspresiju, norādot uz augšanu veicinošu efektu.

Praktiskais secinājums pagaidām ir piesardzīgs: šis ir pārliecinošs preklīnisks pētījums un solis ceļā uz celmiem specifiskām "antisarkopēniskām" probiotikām, taču tā ieviešanai cilvēkiem ir nepieciešami randomizēti pētījumi ar spēcīgiem galapunktiem un mehānistiskiem biomarķieriem. Pašreizējās atsauksmes uzsver laktobacilu potenciālu kā adjuvantu terapiju, bet arī nepieciešamību standartizēt celmus, devas un ilgumu, pirms sniegt plašus ieteikumus.

Kā tas tika pārbaudīts?

Pētnieki vispirms ar antibiotikām “uznullēja” 9 mēnešus vecu peļu zarnu floru un veica fekāliju transplantāciju: trīs mēnešus dzīvniekiem deva 10 veselu pieaugušo (donoru bez hroniskām slimībām un nesen bez antibiotiku/probiotiku lietošanas) fekāliju maisījumu. Spēks un veiklība tika novērtēta, izmantojot divus neatkarīgus testus: rotācijas stieni (laiks, lai nokristu no rotējoša stieņa) un stiepļu suspensiju (noturēšanas laiks). Jau šajā posmā kļuva skaidrs, ka dažādi baktēriju profili dažādos veidos ietekmē muskuļu darbību. Kuņģa-zarnu trakta un fekāliju mikrobiotas salīdzinošā analīze parādīja, ka zarnu lūmena sastāvs ir daudzveidīgāks un precīzāk saistīts ar spēka rādītājiem nekā “fekāliju masa”. No dažādu sugu kopas L. johnsonii, L. reuteri un Turicibacter sanguinis statistiski konsekventi “uzpeldēja”; pirmie divi autori izvēlējās funkcionālajai testēšanai.

Tālāk tiešs eksperiments ar 12 mēnešus vecām pelēm: pēc īsas zarnu sanitācijas dzīvniekiem trīs mēnešus katru dienu deva L. johnsonii, L. reuteri vai to kombināciju. Rezultātā jau no pirmā mēneša "baktēriju" grupās palielinājās laiks, ko pavadīja uz rotatora un suspensijas, un kombinācija deva visizteiktāko dinamiku. Histoloģiski šķiedru (zoles, gastrocnemius un pirkstu garā ekstensora) šķērsvirziena laukums bija lielāks nekā kontroles grupā; vienlaikus samazinājās ķermeņa svars kopumā un palielinājās muskuļu masa, kas liecina par ķermeņa sastāva uzlabošanos. mRNS ekspresijas līmenī folistatīns L. johnsonii grupā gandrīz divkāršojās, arī IGF-1 bija augstāks visās "baktēriju" zarās.

Kāpēc tas varētu būt nepieciešams?

Ar vecumu muskuļu spēks un kvalitāte samazinās (sarkopēnija), un palielinās kritienu, lūzumu un neatkarības zaudēšanas risks. Par "zarnu-muskuļu ass" koncepciju jau sen diskutē, taču šeit mēs piedāvājam tiešus funkcionālus pierādījumus konkrētām celmiem: L. johnsonii un L. reuteri ne tikai tiek saistītas ar labāku sniegumu, bet arī uzlabo spēku un muskuļu morfoloģiju eksperimentā. Autori norāda, ka efekts var rasties vienlaikus vairākos ceļos - sākot ar īsās ķēdes taukskābju veidošanos un mitohondriju funkcijas modulāciju līdz muskuļu augšanas ceļu regulēšanai (izmantojot FST/IGF-1).

Kas jauns zinātnē (un uzmanīgi - par "spēka tableti")

• Svarīgs ir pats celms. Mēs nerunājam par “probiotikām kopumā”, bet gan par diviem specifiskiem celmiem, kas neatkarīgi apstiprināti divos dažādos uzvedības testos un identificēti, izmantojot diferenciālanalīzi (DESeq2).
• Sinerģija pārī: L. johnsonii + L. reuteri vienlaicīga lietošana nodrošināja vislielāko gan spēka, gan šķiedru platības pieaugumu, kas norāda uz potenciālām daudzcelmu formulām.
• Zarnas ir svarīgākas par fekālijām. Kuņģa-zarnu trakta mikrobiotas "portrets" ir informatīvāks par fekāliju paraugiem — praktisks padoms turpmākajām dizaina stratēģijām.

Kā tas darbojas (autoru hipotēzes)

Diskusijā pētnieki saistīja uzlabotu muskuļu funkciju ar:

• iespējama mitohondriju normalizēšanās muskuļos (citohroma C bojājumu samazināšana iepriekš aprakstītajos darbos par šīm sugām);
• palielināta īsās ķēdes taukskābju ražošana, kas uzlabo muskuļu anabolismu un vielmaiņu;
• augšanu veicinošu ceļu aktivācija — FST (miostatīna antagonista) un IGF-1 augšana.
  Šo faktoru kombinācija var novirzīt līdzsvaru uz lielāku šķiedru izturību un oksidatīvo potenciālu. Mehānismi ir jādetalizē "omikas" līmenī — metabolomika, transkriptomika, proteomika.

Vispirms piesardzība

Šis ir peles modelis; rezultātu "tādi, kādi tie ir" pārnešana uz cilvēkiem ir pāragra. Autori nepārprotami raksta par nepieciešamību veikt testēšanu ar cilvēkiem – sākot no organoīdiem un ex vivo modeļiem līdz populācijas un klīniskajiem pētījumiem. Svarīgi ir arī tas, ka efekts bija atkarīgs no ilgstošas lietošanas (mēneši), un sākotnējās izmaiņas dzīvnieku mikrobiotā tika panāktas ar agresīvu sanitāriju – klīnikā mēs to nedarām. Visbeidzot, trešā šajā darbā bieži vien "pavadoņa" suga Turicibacter sanguinis netika pakļauta funkcionālai validācijai, lai gan tās bagātināšanās konsekventi sakrita ar stipruma palielināšanos – iespējams mērķis turpmākiem eksperimentiem.

Ko tas nozīmē "praksē" šodien?

• "Jebkuri probiotiķu" uztura bagātinātāji nav līdzvērtīgi L. johnsonii un L. reuteri uztura bagātinātājiem — reālajā pasaulē produktu sastāvs ievērojami atšķiras;
• Ceļš uz "antisarkopēnisku" probiotiku prasa cilvēku randomizētus kontrolētus pētījumus (RCT) ar spēka galapunktiem (dinamometra satvēriens, piecelšanās un gājiena tests, iešanas ātrums), muskuļu morfometriju un vielmaiņas marķieriem;
• Ja hipotēze tiek apstiprināta, mērķis ir acīmredzams: vecāka gadagājuma grupas, pacienti ar sarkopēnijas/novājināšanas risku pēc imobilizācijas un sportisti rehabilitācijas fāzēs. Pagaidām šis ir interesants preklīniskais pētījums un pamats rūpīgi izstrādātiem pētījumiem.

Avots: Ahn JS., Kim HM., Han EJ., Hong ST., Chung HJ. Zarnu mikroorganismu atklāšana, kas ietekmē muskuļu spēka uzlabošanos. Scientific Reports. 2025;15:30179. https://doi.org/10.1038/s41598-025-15222-2