Ítem
Acceso Abierto
Evaluación de la interacción entre el microbioma intestinal y la actividad física
Título de la revista
Autores
Aya Aldana, Jeimmy Viviana
Fecha
2024-10-20
Directores
Ramírez González, Juan David
Cala Molina, Monica Patricia
ISSN de la revista
Título del volumen
Editor
Universidad del Rosario
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Resumen
El microbioma es conocido como una red compleja de microorganismos que hacen parte de un nicho especifico, en el caso de la microbiota humana, es posible describir diversas comunidades de microorganismos en dependencia de la ubicación anatómica y la metodología de análisis. Siendo la microbiota intestinal la más estudiada en los últimos años, ya que ha sido ampliamente relacionada con procesos de salud y enfermedad. Este micro ecosistema está compuesto por representantes de los filos Arquea, Bacteria y Eucaria, además de una amplia diversidad de virus. No solo su composición, sino también su función, especialmente la capacidad de producir metabolitos, han convertido al estudio del microbioma en un campo de exploración amplio que busca respuestas desde diferentes disciplinas. Por ejemplo, desde la fisiología se ha buscado comprender cómo los sistemas del cuerpo humano se relacionan con los microorganismos y cómo factores externos como la dieta, la genética, la ubicación geográfica y el estilo de vida pueden influir en este nicho. Dentro de estos factores, se destaca la actividad física. En los últimos años, un campo de investigación en crecimiento se ha enfocado en estudiar la relación y los posibles efectos que la actividad física tiene en el microbioma intestinal. Inicialmente comparables con los efectos producidos por la dieta (que han sido ampliamente descritos), se hipotetizó que realizar actividad física podría aumentar la diversidad de especies bacterianas y conferir cambios significativos en la estructura de los microorganismos habitantes del sistema digestivo. Sin embargo, se detectó que los resultados descritos en la literatura no han sido del todo concluyentes y han sido difíciles de comparar debido a la diversidad de estudios identificados: diseños longitudinales y transversales, inclusión de diferentes tipos de actividad física, diferentes intensidades, diversidad de poblaciones y, en especial, una variedad de técnicas utilizadas para describir y secuenciar la comunidad de microorganismos. De igual manera, los pocos estudios existentes han abordado principalmente sujetos que se dedican a actividades donde predomina el entrenamiento de la resistencia cardiovascular, tales como ciclismo o atletismo, dejando a un lado actividades que involucren el desarrollo de la fuerza y la masa muscular. Por lo anteriormente expuesto, y resaltando la ausencia de estudios en población colombiana, el objetivo general de este trabajo fue evaluar la relación entre el microbioma intestinal y la actividad física en la literatura mediante una revisión sistemática y en humanos a través de una aproximación metagenómica y metabolómica. Ante la necesidad de conocer los principales resultados sobre si la microbiota intestinal es modificable a través de la actividad física y si estas posibles modificaciones están relacionadas con otros factores como el tipo, la intensidad, la duración y el protocolo de medición, el primer capítulo de esta tesis, se centró en evaluar la relación entre el microbioma intestinal y la actividad física a través revisiones sistemáticas de la literatura. La primera de ellas enfocada en adultos aparentemente saludables y la segunda en adultos mayores. Un total de 29 estudios fueron examinados: diez estudios transversales, siete longitudinales y tres ensayos controlados aleatorios. Los principales resultados variaron significativamente según los niveles de actividad física en los estudios longitudinales. Se identificaron cambios discretos en los índices de diversidad y la abundancia relativa de ciertas bacterias en personas activas. En contraste, los estudios transversales no revelaron cambios significativos en la diversidad del microbioma intestinal, con métricas de diversidad de Alpha y Beta que permanecieron consistentes en la mayoría de los casos. Sin embargo, se observó un cambio significativo en la abundancia relativa (a nivel de genero) en adultos mayores que participaron en un programa de ejercicio durante cinco semanas o más. Como se ha mencionado previamente, el microbioma intestinal exhibe una notable capacidad para producir una amplia variedad de metabolitos primarios, así como para participar en la síntesis o degradación de otros compuestos derivados de la dieta. Estos metabolitos desempeñan frecuentemente el papel de moléculas señalizadoras que facilitan la comunicación entre el microbioma y el huésped. Sin embargo, para investigar estas interacciones de manera efectiva, se requiere la implementación de diversos enfoques y herramientas ómicas que permitan analizar la información en diferentes niveles, abarcando desde la estructura hasta la función de los microorganismos presentes en el sistema digestivo. En lo referente a la influencia de la actividad física en las bacterias, arqueas y hongos residentes en el sistema digestivo, investigaciones anteriores indican la posibilidad de establecer una conexión más significativa entre la actividad física y el microbioma a nivel funcional. Por esta razón, en la segunda parte de este trabajo se llevaron a cabo dos capítulos con el fin de explorar la relación entre el microbioma intestinal y los metabolitos asociados al ambiente intestinal en deportistas colombianos de diversas disciplinas que implican procesos adaptativos enfocados en la fuerza y la resistencia cardiovascular. Se emplearon herramientas de metagenómica y metabolómica con el objetivo de caracterizar la población de microorganismos, perfilar su función genómica y determinar la cantidad de metabolitos derivados del microbioma atribuibles a su actividad deportiva. En síntesis, el segundo capítulo de esta tesis se centró en la caracterización del perfil taxonómico del microbioma intestinal de deportistas colombianos de las disciplinas de ciclismo de ruta y levantamiento de pesas. Mientras que el último capítulo permitió evaluar la abundancia de genes y rutas metabólicas relacionadas con la microbiota intestinal, así como identificar metabolitos a través de la metabolómica no dirigida en el microbioma intestinal de deportistas colombianos de las disciplinas mencionadas.
Abstract
Evaluation of the Interaction Between the Gut Microbiome and Physical Activity The microbiome is known as a complex network of microorganisms that are part of a specific niche. In the case of the human microbiota, it is possible to describe various microbial communities depending on the anatomical location and the analysis methodology. The gut microbiota has been the most studied in recent years, as it has been widely associated with health and disease processes. This micro-ecosystem is composed of representatives from the Archaea, Bacteria, and Eukarya phyla, as well as a diverse range of viruses. Not only its composition but also its function, particularly its ability to produce metabolites, have made microbiome research a vast field of exploration that seeks answers from different disciplines. For example, in physiology, efforts have been made to understand how human body systems interact with microorganisms and how external factors such as diet, genetics, geographic location, and lifestyle can influence this niche. Among these factors, physical activity stands out. In recent years, a growing field of research has focused on studying the relationship and potential effects of physical activity on the gut microbiome. Initially, similar to the well-documented effects of diet, it was hypothesized that engaging in physical activity could increase bacterial species diversity and induce significant changes in the structure of microorganisms inhabiting the digestive system. However, it was observed that the results described in the literature have not been entirely conclusive and have been difficult to compare due to the diversity of identified studies: longitudinal and cross-sectional designs, inclusion of different types of physical activity, varying intensities, diverse populations, and, most notably, a variety of techniques used to describe and sequence the microbial community. Similarly, the few existing studies have primarily focused on individuals engaged in endurance-based activities, such as cycling or athletics, while neglecting activities that involve strength and muscle mass development. Given this background and the absence of studies in the Colombian population, the general objective of this study was to evaluate the relationship between the gut microbiome and physical activity through a systematic literature review and an analysis in humans using metagenomic and metabolomic approaches. Given the need to understand whether gut microbiota can be modified through physical activity and whether these potential modifications are related to other factors such as type, intensity, duration, and measurement protocols, the first chapter of this thesis focused on evaluating the relationship between the gut microbiome and physical activity through systematic literature reviews. The first review targeted apparently healthy adults, while the second focused on older adults. A total of 29 studies were examined: ten cross-sectional studies, seven longitudinal studies, and three randomized controlled trials. The main findings varied significantly based on physical activity levels in longitudinal studies. Subtle changes were identified in diversity indices and the relative abundance of certain bacteria in physically active individuals. In contrast, cross-sectional studies did not reveal significant changes in gut microbiome diversity, with alpha and beta diversity metrics remaining consistent in most cases. However, a significant change in relative abundance (at the genus level) was observed in older adults who participated in an exercise program lasting five weeks or more. As previously mentioned, the gut microbiome exhibits a remarkable capacity to produce a wide variety of primary metabolites and to participate in the synthesis or degradation of other compounds derived from the diet. These metabolites often function as signaling molecules that facilitate communication between the microbiome and the host. However, effectively investigating these interactions requires the implementation of various omics approaches and tools that allow for the analysis of information at different levels, from microbial structure to function. Regarding the influence of physical activity on bacteria, archaea, and fungi residing in the digestive system, previous research suggests the potential for a stronger connection between physical activity and the microbiome at a functional level. For this reason, the second part of this study included two chapters aimed at exploring the relationship between the gut microbiome and metabolites associated with the intestinal environment in Colombian athletes from various disciplines involving adaptive processes focused on strength and cardiovascular endurance. Metagenomic and metabolomic tools were employed to characterize the microbial population, profile its genomic function, and determine the number of microbiome-derived metabolites attributable to their athletic activity. In summary, the second chapter of this thesis focused on characterizing the taxonomic profile of the gut microbiome in Colombian athletes from road cycling and weightlifting disciplines. The final chapter assessed the abundance of genes and metabolic pathways related to the gut microbiota, as well as identified metabolites through untargeted metabolomics in the gut microbiome of Colombian athletes from the aforementioned disciplines.
Palabras clave
Microbiota intestinal , Actividad física , Deporte , Metabolómica , Metagenómica
Keywords
Gut microbiota , Exercise , Sports , Metagenomics , Metabolomics
