Бактерии вида Roseburia inulinivorans напрямую повлияли на объем мускулатуры и размер клеточных волокон. Микроб специфически изменял метаболизм сложных аминокислот и стимулировал рост быстрых волокон. Наличие микроорганизма в кишечнике пожилых людей строго коррелировало с высокой силой.
Саркопения — потеря физической массы с возрастом — приводит к старческой немощи, травмам при падениях, снижению подвижности и ухудшению общего здоровья людей. Врачи борются с этой патологией в основном через лечебную физкультуру и белковые диеты.
Биологи в последние годы активно изучали влияние микрофлоры пищеварительного тракта на глобальный обмен веществ человека. Микроорганизмы оказались тесно связаны с развитием болезней сердца и нервной системы. Поэтому клиницисты активно проверяют гипотезы о влиянии кишечного микробиома на различные физические параметры тела.
В новой работе команда исследователей предметно проверила, существует ли функциональная ось «кишечник — мышцы». Результаты опубликовали в журнале Gut.
Ученые взяли образцы кала у 90 здоровых людей в возрасте от 18 до 25 лет и у 33 участников старше 65 лет. Затем добровольцы сдали спортивные нормативы по жиму ногами и жиму штанги от груди. Диагносты замерили силу хвата кистью и максимальное потребление кислорода на беговой дорожке для оценки кардиореспираторной выносливости.
Анализ генома микробиоты показал четкую положительную связь между присутствием бактерий рода Roseburia и мышечной силой человека. Нужный физиологический результат давал только штамм R. inulinivorans. Присутствие других вариантов не меняло метрики спортивных достижений молодежи и пенсионеров.
Пожилые участники с R. inulinivorans в кишечнике сжимали ручной динамометр на 29% сильнее ровесников без этого микроба.
Количество нужного микроорганизма в теле человека естественным образом падало с возрастом. У здоровой молодежи химическая доля штамма доходила до 6,6%, а у стариков показатель не превышал 1,3%.
Чтобы разобраться в причинно-следственной связи, исследователи провели тесты на 32 самцах мышей. Сначала животным две недели давали антибиотики, чтобы уничтожить исходную микрофлору. Затем грызунов распределили на четыре группы. Три пула животных один раз в неделю получали разные виды бактерий Roseburia. Контрольная группа жила без пересадки микробов. Эксперимент продолжался восемь недель.
Мыши, принимавшие R. inulinivorans, через четыре недели показали увеличение силы хвата передними лапами на 30% по сравнению с контрольной группой. Эффект стабильно сохранялся до конца наблюдения. Другие штаммы бактерий не дали похожего результата.
Гистологический анализ структуры тканей показал, что на срезах камбаловидной мышцы голени увеличился средний размер мышечных волокон. Также повысилась доля быстрых клеток второго типа, которые генерируют короткие силовые движения.
Метаболический анализ объяснил первопричину клеточных трансформаций. Жизнедеятельность бактерии R. inulinivorans требовала больших объемов готовых аминокислот. Микроорганизмы активно потребляли их внутри слепой кишки мыши.
Резкое падение уровня аминокислот в кишечнике запускало компенсаторную реакцию всего организма. Мускулатура в ответ на дефицит ресурсов активировала химические пути переработки пуринов и пентозофосфатов. Этот молекулярный сдвиг дал мышцам дополнительную энергию для интенсивного биосинтеза нуклеотидов и спровоцировал итоговый физический рост клеток.
Биологи пока не смогли добиться постоянной колонизации кишечника грызунов человеческими штаммами бактерий. Микроорганизмы приносили физическую пользу только во время их курсового приема. Также химические пути передачи сигналов от желудка к мускулатуре остались пока не раскрыты.
При этом ученые смогли однозначно подтвердить биологическую связь между конкретной бактерией и мышечным развитием. Вид R. inulinivorans стал главным кандидатом на создание клинических пробиотиков против старческой слабости и потери белка.