The effect of acute moderate-intensity exercise on the serum and fecal metabolomes and the gut microbiota of cross-country endurance athletes

Abstract

El ejercicio físico puede producir cambios en la microbiota, otorgando beneficios para la salud a través de mecanismos que no se comprenden completamente. Buscamos determinar los cambios impulsados ​​por el ejercicio en la microbiota intestinal y en el metaboloma sérico y fecal mediante análisis del gen 16S rRNA y, metabolómica no dirigida. Un total de 85 metabolitos séricos y 12 fecales y seis taxones bacterianos (Romboutsia, Escherichia coli TOP498, Ruminococcaceae UCG-005, Blautia, Ruminiclostridium 9 y Clostridium phoceensis) se modificaron después de una sesión de ejercicio agudo controlado. Entre los taxones bacterianos, Ruminiclostridium 9 fue el más influenciado por los metabolitos fecales y séricos, ya que revelado por análisis de regresión lineal multivariante. El ejercicio aumentó significativamente el amoníaco fecal contenido. El análisis funcional reveló que el metabolismo de la alanina, el aspartato y el glutamato y la las rutas de biosíntesis de arginina y aminoacil-tRNA fueron las rutas modificadas más relevantes en suero, mientras que la vía de biosíntesis de fenilalanina, tirosina y triptófano fue la vía más relevante modificada en heces.

Análisis de correlación entre metabolitos fecales y séricos sugirió un intercambio de metabolitos entre ambos compartimentos. Por tanto, la realización de un una sola sesión de ejercicio en atletas no profesionales de campo a través produce cambios significativos en la microbiota y en el metaboloma sérico y fecal, lo que puede tener implicaciones para la salud.

Physical exercise can produce changes in the microbiota, conferring health benefits through mechanisms that are not fully understood. We sought to determine the changes driven by exercise on the gut microbiota and on the serum and fecal metabolome using 16S rRNA gene analysis and untargeted metabolomics. A total of 85 serum and 12 fecal metabolites and six bacterial taxa (Romboutsia, Escherichia coli TOP498, Ruminococcaceae UCG-005, Blautia, Ruminiclostridium 9 and Clostridium phoceensis) were modified following a controlled acute exercise session. Among the bacterial taxa, Ruminiclostridium 9 was the most influenced by fecal and serum metabolites, as revealed by linear multivariate regression analysis. Exercise significantly increased the fecal ammonia content. Functional analysis revealed that alanine, aspartate and glutamate metabolism and the arginine and aminoacyl-tRNA biosynthesis pathways were the most relevant modified pathwaysm in serum, whereas the phenylalanine, tyrosine and tryptophan biosynthesis pathway was the most relevant pathway modified in feces. Correlation analysis between fecal and serum metabolites suggested an exchange of metabolites between both compartments. Thus, the performance of a single exercise bout in cross-country non-professional athletes produces significant changes in the microbiota and in the serum and fecal metabolome, which may have health implications.