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Forscher haben bei Mäusen einen Weg vom Darm zum Gehirn entdeckt, der die Trainingsleistung erhöht.
Laut einer Studie, die in veröffentlicht wurde NaturGeleitet von Forschern der Perelman School of Medicine Universität von PennsylvaniaBestimmte Arten von Darmbakterien können Nerven im Darm aktivieren, um die Trainingsmotivation zu steigern. Die Studie an Mäusen identifizierte einen Weg vom Darm zum Gehirn, der erklärt, wie diese Bakterien die Trainingsleistung verbessern können.
Die Studie ergab, dass die Unterschiede in der Laufleistung bei einer Gruppe von Labormäusen hauptsächlich auf das Vorhandensein bestimmter Bakterienarten im Darm der leistungsstärkeren Mäuse zurückzuführen waren. Die Forscher stellten fest, dass dieser Effekt mit kleinen Molekülen, sogenannten Metaboliten, zusammenhängt, die diese Bakterien produzieren. Diese Metaboliten aktivieren sensorische Nerven im Darm, die wiederum die Aktivität in dem Bereich des Gehirns erhöhen, der die Motivation während des Trainings steuert.
„Wenn wir bestätigen können, dass ein ähnlicher Weg beim Menschen existiert, könnte dies einen effektiven Weg darstellen, das Bewegungsniveau der Menschen zu steigern, um die allgemeine Gesundheit zu verbessern“, sagte der leitende Autor der Studie, Christoph Theiss, PhD, Assistenzprofessor für Mikrobiologie. In der Penn-Medizin.
Theis und Kollegen richteten die Studie ein, um die Faktoren, die die Trainingsleistung bestimmen, umfassend zu untersuchen. Sie sequenzierten die Genome, Arten von Darmbakterien, Metaboliten im Blutkreislauf und andere Daten von genetisch unterschiedlichen Mäusen. Dann maßen sie die Menge an täglichem freiwilligem Rollen, die die Tiere liefen, sowie ihre Ausdauer.
Die Forscher analysierten diese Daten mithilfe von maschinellem Lernen und suchten nach Merkmalen der Mäuse, die die signifikanten Unterschiede zwischen den Tieren in der Laufleistung am besten erklären könnten. Sie waren überrascht, als sie feststellten, dass Gene nur einen kleinen Teil dieser Leistungsunterschiede zu erklären schienen – während Unterschiede in den Darmbakterienpopulationen deutlich wichtiger zu sein schienen. Tatsächlich beobachteten sie, dass die Verabreichung eines Breitbandantibiotikums an Mäuse, um ihre Darmbakterien loszuwerden, die Laufleistung der Mäuse um fast die Hälfte reduzierte.
Letztendlich fanden die Forscher in einem jahrelangen Prozess wissenschaftlicher Untersuchungsarbeit, an der mehr als ein Dutzend separater Labors in Pennsylvania und anderswo beteiligt waren, heraus, dass zwei Arten von Bakterien eng mit einer besseren Leistung verbunden waren: Rektum Eubacterium Und Coprococcus eutaktusproduziert Metaboliten, die als Liposomen bekannt sind[{“ attribute=““>acid amides (FAAs). The latter stimulates receptors called CB1 endocannabinoid receptors on gut-embedded sensory nerves, which connect to the brain via the spine. The stimulation of these CB1 receptor-studded nerves causes an increase in levels of the neurotransmitter dopamine during exercise, in a brain region called the ventral striatum.
The striatum is a critical node in the brain’s reward and motivation network. The researchers concluded that the extra dopamine in this region during exercise boosts performance by reinforcing the desire to exercise.
“This gut-to-brain motivation pathway might have evolved to connect nutrient availability and the state of the gut bacterial population to the readiness to engage in prolonged physical activity,” said study co-author, J. Nicholas Betley, Ph.D., an associate professor of Biology at the University of Pennsylvania’s School of Arts and Sciences. “This line of research could develop into a whole new branch of exercise physiology.”
The findings open up many new avenues of scientific investigation. For example, there was evidence from the experiments that the better-performing mice experienced a more intense “runner’s high”—measured in this case by a reduction in pain sensitivity—hinting that this well-known phenomenon is also at least partly controlled by gut bacteria. The team now plans further studies to confirm the existence of this gut-to-brain pathway in humans.
Apart from possibly offering cheap, safe, diet-based ways of getting ordinary people running and optimizing elite athletes’ performance, he added, the exploration of this pathway might also yield easier methods for modifying motivation and mood in settings such as addiction and depression.
Reference: “A microbiome-dependent gut–brain pathway regulates motivation for exercise” by Lenka Dohnalová, Patrick Lundgren, Jamie R. E. Carty, Nitsan Goldstein, Sebastian L. Wenski, Pakjira Nanudorn, Sirinthra Thiengmag, Kuei-Pin Huang, Lev Litichevskiy, Hélène C. Descamps, Karthikeyani Chellappa, Ana Glassman, Susanne Kessler, Jihee Kim, Timothy O. Cox, Oxana Dmitrieva-Posocco, Andrea C. Wong, Erik L. Allman, Soumita Ghosh, Nitika Sharma, Kasturi Sengupta, Belinda Cornes, Nitai Dean, Gary A. Churchill, Tejvir S. Khurana, Mark A. Sellmyer, Garret A. FitzGerald, Andrew D. Patterson, Joseph A. Baur, Amber L. Alhadeff, Eric J. N. Helfrich, Maayan Levy, J. Nicholas Betley and Christoph A. Thaiss, 14 December 2022, Nature.
DOI: 10.1038/s41586-022-05525-z
The study was funded by the National Institutes of Health, the Pew Charitable Trust, the Edward Mallinckrodt, Jr. Foundation, the Agilent Early Career Professor Award, the Global Probiotics Council, the IDSA Foundation, the Thyssen Foundation, the Human Frontier Science Program, and Penn Medicine, including the Dean’s Innovation Fund.
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