Voidaanko perinnöllisesti matala aerobinen kapasiteetti kumota hyvän aerobisen kapasiteetin omaavilta rotilta saadulla ulosteensiirteellä?

Abstract

Suolistomikrobiston koostumuksen on todettu vaikuttavan laajalti yksilön terveyteen ja olevan vaihtelevissa määrin periytyvä. Tämän pro gradu -tutkielman tarkoituksena oli selvittää ulosteensiirron vaikutuksia LCR- (low- capacity runner, matalan aerobisen kapasiteetin juoksija) ja HCR (high-capacity runner, korkean aerobisen kapasiteetin juoksija) -rottien suolistomikrobiston koostumukseen, vapaaehtoiseen juoksuharjoitteluun, maksimisuorituskykyyn ja aineenvaihduntaa kuvastaviin veriarvoihin. Tässä tutkimuksessa käytetyt rotat olivat aerobiselta kapasiteetiltaan eroavia 44. sukupolven LCR- ja HCR -rottia, joita edeltävä sukupolvi kuljetettiin Suomeen Toledon yliopistosta Yhdysvalloista lokakuussa 2019. Rotat (n=32) jaettiin yhteensä kahdeksaan ryhmään ja kaikille rotille tehtiin suoliston puhdistus mikrobeista suolihuuhtelun avulla. Neljälle ryhmälle tehtiin lisäksi ulosteensiirto. Suolistomikrobiston koostumusta tarkasteltiin tutkimuksen aikana kolmesti ja neljän ryhmän osalta mitattiin häkissä sijaitsevan juoksupyörän käyttöä. Tutkimuksen päätteeksi jokaisen ryhmän maksimisuorituskykyä mitattiin juoksumatolla. Verinäytteet kerättiin lopetuksen yhteydessä. Kaikkien rottaryhmien suolistomikrobiston koostumus vaikutti pääjaksotasolla muotoutuvan kohti runsaampaa bakteroidi- pääjakson ja niukempaa firmikuutti -pääjakson osuutta, mutta muutokset eivät olleet merkitseviä. Ainoastaan ulosteensiirron vastaanottaneen HCR-ryhmän firmikuutti -pääjakson osuuden havaittiin laskeneen (p<0.05) suolihuuhtelun saaneeseen LCR-ryhmään nähden ulosteensiirron jälkeen. Ulosteensiirron vastaanottaneen juoksupyörällisen HCR-ryhmän LDL-kolesterolin määrän todettiin lisäksi olleen alhaisempi suolihuuhtelun saaneeseen LCR- (p<0.001) ja juoksupyörälliseen LCR -ryhmään (p<0.05) nähden. Kokonaisjuoksumatkaa tarkastellessa ulosteensiirron vastaanottanut juoksupyörällinen HCR -ryhmä juoksi tutkimuksen viimeisellä viikolla enemmän kuin ulosteensiirron vastaanottanut juoksupyörällinen LCR-ryhmä (p<0.05). Kaikkien HCR-ryhmien maksimisuorituskyky, lukuun ottamatta ainoastaan suolihuuhtelun vastaanottanutta ryhmää, todettiin suolihuuhtelun saanutta LCR-ryhmää paremmaksi (p<0.05). Tämän pro gradu -tutkielman tulosten pohjalta voidaan todeta suolihuuhtelun ja LCR-rotilta saadun ulosteensiirteen vähentävän mahdollisesti HCR-rottien suolistomikrobiston sisältämän firmikuutti -pääjakson osuutta. Suolihuuhtelun ja ulosteensiirron avulla voidaan lisäksi mahdollisesti vähentää LCR -rottien seerumin LDL-kolesterolin määrää HCR-ryhmiin nähden. Ulosteensiirron ei puolestaan voida tämän tutkielman tulosten perusteella katsoa vaikuttavan HCR- tai LCR -rottien maksimisuorituskykyyn tai vapaaehtoiseen juoksuharjoitteluun. Johtopäätökset kaipaavat kuitenkin tuekseen suuremman otannan sekä kontrolliryhmät. Laajempaa aineistoa ollaan keräämässä tämän pro gradu -tutkielman kirjoitushetkellä.

The composition of gastrointestinal microbiota has been shown to have a wide impact on health of individuals and recognized to be hereditary at a certain level. The purpose of this master’s thesis was to study the impact of a fecal microbiota transplantation on LCR- (low-capacity runner) and HCR (high-capacity runner) rats’ gastrointestinal microbiota composition, running distance, physical performance, and metabolism-related serum variables. This study examined 44th generation LCR- and HCR rats that have different aerobic capacity. The previous generation was transported to Finland from the University of Toledo (the United States of America) in October 2019. Rats (n=32) were divided into eight groups and their bowels were cleansed from microbes. Four groups were treated with a fecal microbiota transplant (FMT). The composition of the gastrointestinal microbiota of the rats was examined three times during the five-week study and voluntary running distance was measured from four groups which had running wheels in their cages. At the end of the study each group was tested for the maximum running capacity -test on the treadmill. Blood samples were collected at the time of sacrificing of the animals. In all groups the composition of the gastrointestinal microbiota seemed to take shape towards the more abundant level of Bacteroidetes phylum and less abundant level of Firmicutes phylum although the shifts were not significant. Only the FMT-treated HCR-group was found to have decreased level of Firmicutes -phylum (p<0.05) after the bowel cleansing and FMT when compared to the LCR-group which underwent bowel cleansing only. The FMT-treated HCR-group with a running wheel also had a significantly lower LDL-cholesterol levels compared to the bowel cleansing -treated LCR-group (p<0.001) and LCR-group with a running wheel cage (p<0.05). When looking at the results of total running distance, the FMT -treated HCR-group ran significantly more (p<0.05) compared to the FMT-treated LCR-group with a running wheel cage. With the exception of bowel cleansing only -group, all HCR-groups had also significantly (p<0.05) better physical performance compared to the LCR-group that underwent bowel cleansing only. Based on the results of this study it can be stated that bowel cleansing and fecal microbiota transplantation from LCR-rats could possibly decrease the abundance of the firmicutes -phylum in the gastrointestinal microbiota of HCR-rats. Bowel cleansing and fecal microbiota transplantation could also possibly decrease the amount of LDL- cholesterol serum levels in LCR rats compared to HCR rats. However, based on the results of this study it cannot be stated that fecal microbiota transplantation would affect the physical performance or running distance of LCR- or HCR -rats. To support these conclusions a larger sample size and control groups are needed. More data is being collected while writing this master ́s thesis.