MICROBIOME OF ATHLETES: ITS FEATURES AND DIVERSITY: A LITERATURE REVIEW

Оксана Палладіна; Анастасія Каліга

doi:10.61751/ijmmr/1.2024.56

Автор(и)

Оксана Палладіна Національний університет фізичного виховання і спорту України https://orcid.org/0000-0001-7133-0072
Анастасія Каліга Національний університет фізичного виховання і спорту України https://orcid.org/0009-0001-7987-0142

DOI:

https://doi.org/10.61751/ijmmr/1.2024.56

Ключові слова:

мікробний склад, коротколанцюгові жирні кислоти, Akkermansia, Veillonella atypica, спортивні досягнення

Анотація

Мікробіом спортсменів викликає найбільший інтерес серед дослідників, так як мікробний склад товстого кишківника відіграє ключову роль у засвоєнні нутрієнтів, синтезі вітамінів та імунній відповіді організму хазяїна. Метою даного огляду було вивчити зв’язок між кишковою мікробіотою у спортсменів вищих досягнень та людей із малоактивним способом життя, а також вплив цих змін на продукцію мікробних метаболітів, які пов›язані з фізичною працездатністю та спортивними досягненнями атлетів. Було проаналізовано 42 дослідження, з яких 11 спеціалізованих досліджень, які вивчали вплив інтенсивних фізичних навантажень різних видів на мікробний склад кишківника та 19 наукових робіт, які фокусувались на кореляції окремих бактерій та фізичної працездатності. Було виявлено, що мікробний склад кишківника пов’язаний зі спортивними результатами, і, вірогідно, може підвищувати продуктивність та відновлення. Було показано, що фізичні навантаження збільшують α-різноманітність і мікробні метаболіти, такі як коротколанцюгові жирні кислоти, порівняно з людьми, які ведуть малоактивний спосіб життя. Не було виявлено суттєвої відмінності у α-різноманітності між видами спорту. Мікробіом атлетів відрізнявся вищою кількістю коротколанцюгових жирних кислот, які можуть бути енергетичними субстратами при фізичних навантаженнях. Продукцію коротколанцюгових жирних кислот пов›язують з Eubacterium rectale, Blautia spp., Faecalibacterium prausnitzii. Мікробіом атлетів також продемонстрував наявність Prevotella spp., яка у спортсменів може корелювати з продуктивністю. Було показано, що наявна у атлетів Veillonella atypica позитивно корелює з витривалістю. Незважаючи на те, що результати досліджень є суперечливими, спортивні досягнення та здоров´я атлетів, що спеціалізуються у різних видах спорту, пов´язують з таким видами бактерій як Akkermansia municiphila, Faecalibacterium prausnitzii, Eubacterium rectale, Roseburia hominis. Окрім того, було показано, що існує зв´язок між мікробним складом кишківника та ферментами, які вважаються ключовими у продукції метаболітів, що пов›язані із здоров’ям спортсменів

Отримано: 12.02.2024 | Переглянуто: 22.04.2024 | Прийнято: 28.05.2024

Біографії авторів

Оксана Палладіна, Національний університет фізичного виховання і спорту України

Кандидат медичних наук, доцент 03150, вул. Фізкультури, 1, м. Київ, Україна

Анастасія Каліга, Національний університет фізичного виховання і спорту України

Аспірант 03150, вул. Фізкультури, 1, м. Київ, Україна

Посилання

Fontana F, Longhi G, Tarracchini C, Mancabelli L, Lugli GA, Alessandri G, et al. The human gut microbiome of athletes: Metagenomic and metabolic insights. Microbiome. 2023;11:27. DOI: 10.1186/s40168-023-01470-9

Mohr AE, Jäger R, Carpenter KC, Kerksick CM, Purpura M, Townsend JR, et al. The athletic gut microbiota. J Int Soc Sports Nutr. 2020;17(1):24. DOI: 10.1186/s12970-020-00353-w

Hughes RL, Holscher HD. Fueling gut microbes: A review of the interaction between diet, exercise, and the gut microbiota in athletes. Adv Nutr. 2021;12(6):2190–15. DOI: 10.1093/advances/nmab077

O’Brien MT, O’Sullivan O, Claesson MJ, Cotter PD. The athlete gut microbiome and its relevance to health and performance: A review. Sports Med. 2022;52(Suppl 1):119–28. DOI: 10.1007/s40279-022-01785-x

Mańkowska K, Marchelek-Myśliwiec M, Kochan P, Kosik-Bogacka D, Konopka T, Grygorcewicz B, et al. Microbiota in sports. Arch Microbiol. 2022;204(8):485. DOI: 10.1007/s00203-022-03111-5

Cheng HY, Ning MX, Chen DK, Ma WT. Interactions between the gut microbiota and the host innate immune response against pathogens. Front Immunol. 2019;10:607. DOI: 10.3389/fimmu.2019.00607

Parizadeh M, Arrieta MC. The global human gut microbiome: Genes, lifestyles, and diet. Trends Mol Med. 2023;29(10):789–1. DOI: 10.1016/j.molmed.2023.07.002

Furber MJW, Young GR, Holt GS, Pyle S, Davison G, Roberts MG, et al. Gut microbial stability is associated with greater endurance performance in athletes undertaking dietary periodization. mSystems. 2022;7(3):e00129-22. DOI: 10.1128/msystems.00129-22

Hughes RL. A review of the role of the gut microbiome in personalized sports nutrition. Front Nutr. 2020;6:191. DOI: 10.3389/fnut.2019.00191

Palladina O. Features of the gut microbiota of athletes and dietary possibilities of its correction. In: Khomenko S, Pastukhova V, Iliukha L, editors. Adaptation and psychophysiological problems of physical culture and sports. “Proceedings of the International Scientific and Practical Online Conference; 2023; Kyiv-Cherkasy”. Kyiv-Cherkasy, Ukraine: National University of Physical Education and Sport of Ukraine, Bohdan Khmelnytsky National University of Cherkasy; 2023. P. 95–96.

Baldanzi G, Sayols-Baixeras S, Ekblom-Bak E, Ekblom Ö, Dekkers KF, Hammar U, et al. Accelerometer-based physical activity is associated with the gut microbiota in 8416 individuals in SCAPIS. EBioMedicine. 2024;100:104989. DOI: 10.1016/j.ebiom.2024.104989

Scheiman J, Luber JM, Chavkin TA, MacDonald T, Tung A, Pham LD, et al. Meta-omics analysis of elite athletes identifies a performance-enhancing microbe that functions via lactate metabolism. Nat Med. 2019;25(8):1104–9. DOI: 10.1038/s41591-019-0485-4

Forero DA, Lopez-Leon S, González-Giraldo Y, Bagos PG. Ten simple rules for carrying out and writing meta-analyses. PLoS Comput Biol. 2019;15(5). DOI: 10.1371/journal.pcbi.1006922

Clauss M, Gérard P, Mosca A, Leclerc M. Interplay between exercise and gut microbiome in the context of human health and performance. Front Nutr. 2021;8:637010. DOI: 10.3389/fnut.2021.637010

Aya V, Flórez A, Perez L, Ramírez JD. Association between physical activity and changes in intestinal microbiota composition: A systematic review. PLoS One. 2021;16(2). DOI: 10.1371/journal.pone.0247039

Imdad S, Kim JH, So B, Jang J, Park J, Lim W, et al. Effect of aerobic exercise and particulate matter exposure duration on the diversity of gut microbiota. Anim Cells Syst (Seoul). 2024;28(1):137–51. DOI: 10.1080/19768354.2024.2338855

Donati Zeppa S, Agostini D, Gervasi M, Annibalini G, Amatori S, Ferrini F, et al. Mutual interactions among exercise, sport supplements and microbiota. Nutrients. 2020;12(1):17. DOI: 10.3390/nu12010017

O'Donovan CM, Madigan SM, Garcia-Perez I, Rankin A, O' Sullivan O, Cotter PD. Distinct microbiome composition and metabolome exists across subgroups of elite Irish athletes. J Sci Med Sport. 2020;23(1):63–68. DOI: 10.1016/j.jsams.2019.08.290

Jang LG, Choi G, Kim SW, Kim BY, Lee S, Park H. The combination of sport and sport-specific diet is associated with characteristics of gut microbiota: An observational study. J Int Soc Sports Nutr. 2019;16(1):21. DOI: 10.1186/s12970-019-0290-y

Humińska-Lisowska K, Zielińska K, Mieszkowski J, Michałowska-Sawczyn M, Cięszczyk P, Łabaj PP, et al. Microbiome features associated with performance measures in athletic and non-athletic individuals: A case-control study. PLoS One. 2024;19(2). DOI: 10.1371/journal.pone.0297858

Clarke SF, Murphy EF, O'Sullivan O, Lucey AJ, Humphreys M, Hogan A, et al. Exercise and associated dietary extremes impact on gut microbial diversity. Gut. 2014;63(12):1913–20. DOI: 10.1136/gutjnl-2013-306541

Barton W, Penney NC, Cronin O, Garcia-Perez I, Molloy MG, Holmes E, et al. The microbiome of professional athletes differs from that of more sedentary subjects in composition and particularly at the functional metabolic level. Gut. 2018;67(4):625–33. DOI: 10.1136/gutjnl-2016-313627

Petersen LM, Bautista EJ, Nguyen H, Hanson BM, Chen L, Lek SH, et al. Community characteristics of the gut microbiomes of competitive cyclists. Microbiome. 2017;5:98. DOI: 10.1186/s40168-017-0320-4

Liang R, Zhang S, Peng X, Yang W, Xu Y, Wu P, et al. Characteristics of the gut microbiota in professional martial arts athletes: A comparison between different competition levels. PLoS One. 2019;14(12):e0226240. DOI: 10.1371/journal.pone.0226240

Kulecka M, Fraczek B, Mikula M, Zeber-Lubecka N, Karczmarski J, Paziewska A, et al. The composition and richness of the gut microbiota differentiate the top Polish endurance athletes from sedentary controls. Gut Microbes. 2020;11(5):1374–84. DOI: 10.1080/19490976.2020.1758009

Allam-Ndoul B, Castonguay-Paradis S, Veilleux A. Gut Microbiota and intestinal trans-epithelial permeability. Int J Mol Sci. 2020;21(17):6402. DOI: 10.3390/ijms21176402

Yang J, Wu J, Li Y, Zhang Y, Cho WC, Ju X, et al. Gut bacteria formation and influencing factors. FEMS Microbiol Ecol. 2021;97(4). DOI: 10.1093/femsec/fiab043

Geerlings SY, Kostopoulos I, De Vos WM, Belzer C. Akkermansia muciniphila in the human gastrointestinal tract: When, where, and how? Microorganisms. 2018;6(3):75. DOI: 10.3390/microorganisms6030075

Gross K, Santiago M, Krieger JM, Hagele AM, Zielinska K, Scheiman J, et al. Impact of probiotic Veillonella atypica FB0054 supplementation on anaerobic capacity and lactate. iScience. 2023;27(1):108643. DOI: 10.1016/j.isci.2023.108643

Sales KM, Reimer RA. Unlocking a novel determinant of athletic performance: The role of the gut microbiota, short-chain fatty acids, and “biotics” in exercise. J Sport Health Sci. 2023;12(1):36–44. DOI: 10.1016/j.jshs.2022.09.002

Dziewiecka H, Buttar HS, Kasperska A, Ostapiuk-Karolczuk J, Domagalska M, Cichoń J, Skarpańska-Stejnborn A. Physical activity induced alterations of gut microbiota in humans: A systematic review. BMC Sports Sci Med Rehabil. 2022;14:122. DOI: 10.1186/s13102-022-00513-2

Okamoto T, Morino K, Ugi S, Nakagawa F, Lemecha M, Ida S, et al. Microbiome potentiates endurance exercise through intestinal acetate production. Am J Physiol Endocrinol Metab. 2019;316(5). DOI: 10.1152/ajpendo.00510.2018

Bongiovanni T, Yin MOL, Heaney LM. The Athlete and gut microbiome: Short-chain fatty acids as potential ergogenic aids for exercise and training. Int J Sports Med. 2021;42(13):1143–58. DOI: 10.1055/a-1524-2095

Bielik V, Kolisek M. Bioaccessibility and bioavailability of minerals in relation to a healthy gut microbiome. Int J Mol Sci. 2021;22:6803. DOI: 10.3390/ijms22136803

Vonderheid SC, Tussing-Humphreys L, Park C, Pauls H, OjiNjideka Hemphill N, LaBomascus B, et al. A systematic review and meta-analysis on the effects of probiotic species on iron absorption and iron status. Nutrients. 2019;11(12):2938. DOI: 10.3390/nu11122938

Barone M, D'Amico F, Brigidi P, Turroni S. Gut microbiome-micronutrient interaction: The key to controlling the bioavailability of minerals and vitamins? BioFactors. 2022;48(2):307–14. DOI: 10.1002/biof.1835

Dominguez-Bello MG, Godoy-Vitorino F, Knight R, Blaser MJ. Role of the microbiome in human development. Gut. 2019;68(6):1108–14. DOI: 10.1136/gutjnl-2018-317503

Manos J. The human microbiome in disease and pathology. APMIS. 2022;130(12):690–5. DOI: 10.1111/apm.13225

Rooks M, Garrett W. Gut microbiota, metabolites and host immunity. Nat Rev Immunol. 2016;16:341–52. DOI: 10.1038/nri.2016.42

Aykut MN, Erdoğan EN, Çelik MN, Gürbüz M. An updated view of the effect of probiotic supplement on sports performance: A detailed review. Curr Nutr Rep. 2024;13(2):251–63. DOI: 10.1007/s13668-024-00527-x

Lee YS, Kim TY, Kim Y, Kim S, Lee SH, Seo SU, et al. Microbiota-derived lactate promotes hematopoiesis and erythropoiesis by inducing stem cell factor production from leptin receptor+ niche cells. Exp Mol Med. 2021;53:1319–31. DOI: 10.1038/s12276-021-00667-y

Mazur-Kurach P, Frączek B, Klimek AT. Does multi-strain probiotic supplementation impact the effort capacity of competitive road cyclists? Int J Environ Res Public Health. 2022;19(19):12205. DOI: 10.3390/ijerph191912205