就在昨日，距離東京奧運會開幕倒計時100天時，中國女足淘汰韓國隊，拿下東京奧運會參賽資格。這也為因新冠疫情延期一年的奧運會帶來了新的關(guān)注。
對于奧運會來說，運動員所取得的成績很大程度上是國家和科技水平的較量，每位奧運會運動員的背后，都有一群科學(xué)家，他們的任務(wù)是確保這些頂尖運動員能夠安全地發(fā)揮自己的能力。從開發(fā)訓(xùn)練技術(shù)到維護體育誠信，科學(xué)在精英體育中從未如此重要。
近日，Nature發(fā)布了一起關(guān)于運動科學(xué)的增刊，其中一篇題為：Do microbes affect athletic performance? 的文章，這篇文章中介紹了一項有趣的研究。喬納森·謝曼（Jonathan Scheiman）當(dāng)時是哈佛醫(yī)學(xué)院遺傳學(xué)家喬治·丘奇（George Church）實驗室的博士后，在2015年波士頓馬拉松比賽前一周，喬納森·謝曼正在城市中奔波，他的目的是收集參加這次馬拉松參賽者中的精英選手的糞便。比賽結(jié)束后，他再次拜訪了這些精英運動員以收集更多糞便樣本。同時他還收集了一些普通人（主要是實驗室的博士后）的糞便作為對照。
幾年后，他的努力得到了回報，喬納森·謝曼（Jonathan Scheiman）作為第一作者在國際頂尖醫(yī)學(xué)期刊 Nature Medicine 期刊發(fā)表了一項題為：Meta-omics analysis of elite athletes identifies a performance enhancing microbe that functions via lactate metabolism 的研究論文。
通過研究分析精英運動員和普通人的糞便，發(fā)現(xiàn)精英運動員跟我們普通人之間的這種差距，或許僅僅在于腸道菌群的不同。該論文在生活在我們腸道中的微生物與我們的運動表現(xiàn)之間建立了因果關(guān)系。
該研究的通訊作者之一喬治·丘奇（George Church），是哈佛大學(xué)和麻省理工學(xué)院教授，被譽為“遺傳學(xué)泰斗”、“全才科學(xué)家”。是現(xiàn)代基因組學(xué)奠基人，也是CRISPR基因編輯的奠基人之一，在2013年與張鋒同時在 Science 各自獨立發(fā)表論文，將CRISPR基因編輯系統(tǒng)成功應(yīng)用于哺乳動物和人類細胞。并參與創(chuàng)立十多家生物科技公司。高強度運動后往往會出現(xiàn)肌肉酸痛現(xiàn)象，這是因為運動超過了有氧運動強度，導(dǎo)致葡萄糖通過無氧呼吸在體內(nèi)代謝產(chǎn)生了乳酸，乳酸堆積會引起局部肌肉酸痛。出現(xiàn)乳酸積累后，往往要通過持續(xù)有氧運動和熱水熏蒸等方法加速乳酸排泄，解除肌肉酸痛。然而，頂尖運動員，尤其是馬拉松運動員，他們的耐力非常好，對乳酸積累的閾值比普通人高很多。喬納森·謝曼（Jonathan Scheiman）收集了2015年波士頓馬拉松比賽的15位精英選手比賽前后5天的糞便樣本，并將這些樣本與來自10名非運動員（主要是實驗室博士后）的糞便樣本比較了其中的微生物組成。檢測顯示，這些馬拉松精英選手比賽后，糞便中韋榮氏球菌屬（Veillonella）細菌顯著增加。這些細菌能夠將乳酸分解成丙酸，促進新陳代謝。此外，研究人員針對一個由頂級馬拉松運動員和奧運賽艇選手組成的87人團隊進行研究，發(fā)現(xiàn)他們在訓(xùn)練結(jié)束后，糞便中韋榮氏球菌屬（Veillonella）細菌同樣顯著增加。這些發(fā)現(xiàn)表明，我們腸道中的微生物并不僅僅是旁觀者，實際上還在幫助它們的宿主（人類）。接下來，研究人員培養(yǎng)了這種細菌 Veillonella atypica 菌株，并將其喂給小鼠。平均而言，接受這種細菌喂食的32只小鼠，在實驗中的運動時間比對照組小鼠長了13％，也就是這種腸道細菌明顯增加了小鼠的運動耐力。韋榮氏球菌屬（Veillonella）細菌專性通過分解乳酸來獲取生長所需的碳元素，在這個過程中，會產(chǎn)生丙酸，而丙酸可以提高小鼠心率和氧氣利用率，丙酸還可以促進人體的新陳代謝。為了驗證丙酸是否可以改善運動性能，研究人員給一些小鼠使用丙酸灌腸。與喂食Veillonella atypica 菌株的小鼠相同，這些使用丙酸灌腸的小鼠的運動耐力也明顯增加了。研究人員還給小鼠注射了可以追蹤的乳酸，發(fā)現(xiàn)這些乳酸會進入到腸道，而且乳酸有助于這種微生物的生長。總的來說，葡萄糖因肌肉運動產(chǎn)生乳酸，一部分乳酸通過血液循環(huán)進入肝臟，在肝臟中通過糖異生作用重新合成葡萄糖；一部分乳酸通過血液循環(huán)進入腸道，腸道中的韋榮氏球菌屬（Veillonella）細菌迅速將乳酸分解成丙酸，從而降低乳酸濃度，改善運動表現(xiàn)。目前尚不清楚這種腸道細菌是否在絕大多數(shù)頂級運動員運動后旺盛起來，但是普通大眾可能并不會經(jīng)歷這樣的事情。
喬治·丘奇（George Church）認(rèn)為，微生物可以改變運動表現(xiàn)，在諸如奧運會之類的高水平比賽中，不到一秒的差距對比賽結(jié)果就已經(jīng)至關(guān)重要，而微生物對運動表現(xiàn)的改變顯然不止于此。這項研究增加了我們對腸道細菌如何影響健康和疾病的各種不同方面的理解，也表明特定的細菌以及它們制造的產(chǎn)物可以改善個體的運動表現(xiàn)。受到這項研究的鼓舞，喬納森·謝曼和喬治·丘奇等人創(chuàng)立了一家名為Fitbiomics的初創(chuàng)公司，旨在通過解碼世界上最健康人群的腸道菌群，開發(fā)有益人體健康的益生菌膠囊。目前，Fitbiomics公司已經(jīng)開售一款名為Nella的益生菌膠囊，每個膠囊均包含Fitbiomics公司專有的運動員來源的三種乳酸菌益生菌混合物。售價為75美元/盒。
據(jù) FitBimiomics 官網(wǎng)介紹，2020年257位參與者進行了為期2周的服用，27%-45%食物參與者消化、能量、睡眠或恢復(fù)狀況得到了改善。
https://www.nature.com/articles/s41591-019-0485-4https://www.nature.com/articles/d41586-021-00821-6https://www.fitbiomics.com/
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