Nature Outlook：微生物是否会影响运动表现

作者：杨超月

在我们体表和体内生活的数百万计的微生物中的大部分存在于肠道。其中一些可能是病原体，但很多微生物是有益的，整个微生物组对人体健康至关重要。微生物组的紊乱不仅与炎症性肠病等胃肠道疾病存在直接关联，而且与糖尿病、癌症、心脏病、肥胖，甚至是精神健康紊乱也有关。

实验室的无菌小鼠是最能说明微生物组重要性的证据，Scheiman 研究中的高级作者、哈佛大学微生物学家 Aleksandar Kostic 说：“它们有着代谢问题、免疫问题和神经问题，一切你想得到的问题。”

他补充说：“给它们移植正常小鼠的微生物组之后，许多表型症状都有所缓解。”

揭秘肠道微生物组的工作是极其复杂的，过去二十年来的技术进步，以及更加廉价的基因测序技术大大助力了这一领域的工作开展。

为了研究某一菌群，研究人员必须从几百万个微生物中提取数百个微生物，并同时对这数百个微生物的遗传物质进行测序。为了鉴定某个样品（在肠道微生物组研究中，常常是粪便样本）中存在的微生物，研究人员需要将遗传物质打成片段，然后进行测序。

这种方式有两大弊端：很贵，而且研究人员很难确定哪些基因属于哪些微生物。这一过程就好比将许多拼图放进一个盒子里，并扔掉原图，然后试着完成拼图。

为了避免这一问题，研究人员使用了一种名为“标记基因测序”的技术。该技术对每个微生物共有的单个基因进行测序。具体地，在细菌中，这一基因是核糖体的 16S rRNA，核糖体是 RNA 转化为蛋白质过程中所必需的。

无论来自哪一种微生物，这一基因的某些部分都是相同的，因此研究人员可以很容易在样品中找到它。但是在不同微生物中，这一基因的其他部分却各有不同，这就是我们可以辨识其中存在哪些微生物的原因。

该技术让研究者们能够以较低的成本快速确定微生物组的组成。但由于这项技术只使用每个微生物的一部分，所以它能提供的信息是有限的。16S rRNA 基因的多样性一般只能对微生物进行属水平的分类，而不能进行种水平的分类。

而现在，很多研究人员正面临着对样本中所有遗传物质进行测序的挑战。过去十年中，测序成本直线下降，微生物数据库不断发展，这使得研究人员能够将基因与微生物进行匹配，并让这种方法更易于操作。

相比于 16S rRNA 基因测序，这种被称之为鸟枪测序的技术能够提供更多更细节的信息，微生物的分辨水平可以达种水平，甚至菌株水平，而研究人员可以更容易地根据已知的基因描述微生物的潜在功能。

随着测序成本的进一步下降，这一技术将会惠及更多研究人员。亚利桑纳州立大学坦佩分校的营养科学家 Alex Mohr 说：“未来几年内，与 16S rRNA 基因测序相比，这项技术的价格将会更有竞争力。”

关系“涌现”

肠道微生物组的组成受到很多因素影响，包括一个人的出生方式（阴道分娩或剖腹产）、药物使用（特别是抗生素）、吸烟、喝酒、压力、年龄，还有最显著的影响因素——饮食。

但是，对于运动如何影响微生物组，或是反过来，微生物组如何影响运动表现，我们了解的格外少。尽管这一领域尚处于萌芽阶段，但是研究人员已经开始发现其中的联系，以及潜在的作用机制。

一个常见发现是，健康与更高的微生物多样性有关。2016 年的一项利用了 16S rRNA 测序的研究发现[2]，39 名健康成年人中，心肺健康与微生物多样性有关。在排除饮食因素的影响后，仍然如此。此外，心血管呼吸系统的特异性比性别、年龄、体质指数（BMI）和饮食更能准确预测肠道物种多样性的程度。

尽管该团队并没有找到与健康显著相关的特征微生物，但是他们可以利用一个微生物数据库来推断与心肺健康相关的微生物的潜在功能，其中包括微生物的流动能力和脂肪酸合成能力。

肠道细菌的作用之一就是利用发酵帮助宿主分解复杂的碳水化合物，产生短链脂肪酸（SCFA），如丁酸盐、乙酸盐和丙酸盐等副产物。短链脂肪酸正逐渐成为微生物组与健康之间联系的重要组成。

Kostic 说，在所有常见的短链脂肪酸中，“丙酸盐和丁酸盐只能由肠道细菌产生。”他补充说，它们也被认为是肌肉中的能量来源。该团队发现，更健康的受试者粪便中含有更高含量的丁酸盐。“丁酸盐很有意思，因为它是肠道屏障细胞的主要能量来源之一，”Mohr 说，“很显然，提高这些细胞的健康水平，对于胃肠道的整体健康很重要。”