母亲和新生儿微生物群之间的基因转移有助于塑造婴儿发育
在分娩期间和分娩后，来自母亲肠道的细菌在婴儿体内定居，形成一个独特的有益细菌群落，帮助分解食物，合成维生素，并帮助教会婴儿新生的免疫系统识别外来生物。
根据麻省理工学院和哈佛大学布罗德研究所的科学家们的一项新研究，母亲的微生物礼物甚至不止于此。他们探索了母亲和婴儿在怀孕期间和出生后第一年的微生物群是如何变化的，并发现母亲肠道中的一些细菌向婴儿肠道中的细菌捐赠了数百个基因。这些基因参与免疫和认知系统的发育，并帮助婴儿在成长过程中消化不断变化的饮食。
出现在细胞这项研究首次发现了不同种类的母婴肠道细菌之间的大规模“水平基因转移”事件。这项研究还揭示了细菌产生的一系列化学物质，即婴儿特有的代谢物。总之，这些发现增加了人们对早期母亲和婴儿之间复杂生理联系的认识。
“这项研究帮助我们更好地理解肠道中丰富的微生物群落最初是如何形成的，以及它在婴儿期是如何发展的，”该研究的共同第一作者、现任赫尔辛基大学研究员的Tommi Vatanen说。“微生物群是非常动态的，与其他系统一起发展，所以在生命的最初几年里发生了很多事情。”
“我们的工作为婴儿肠道微生物组和代谢组在母亲因素影响下的核心发育提供了一个独特的视角，对免疫和神经发育具有深远的影响，”资深作者和布罗德核心研究所成员Ramnik Xavier说，他是免疫学项目主任，也是布罗德传染病和微生物组项目的联合主任。Xavier还是哈佛医学院Kurt J. Isselbacher医学教授;麻省总医院计算与整合生物学中心主任、分子生物学核心成员;他是麻省理工学院微生物信息学和治疗学中心的联合主任。
内脏的反应
八年前，泽维尔和他的实验室首次在布罗德开始研究微生物群。从那以后，他们进行了调查肠道细菌如何波动在早年，早期微生物定殖如何影响风险对于免疫相关疾病，如1型糖尿病，过敏，哮喘和炎症性肠病，以及微生物群是如何变化的在全球不同的地方。
在这项新研究中，Xavier和他的团队旨在更深入地探索微生物群在生命第一年的发展。他们对70对母婴的粪便样本进行了细菌DNA测序，这些样本是从怀孕后期到婴儿期的不同阶段收集的。
在婴儿肠道细菌基因组中，研究人员确定了数百个起源于母体细菌的基因。这表明，从母亲到婴儿的细菌水平基因转移不是分娩时的一次性事件，而是在婴儿出生后的第一年持续进行的过程。
在研究小组发现的共享基因中，有许多编码与婴儿饮食相关的蛋白质，比如分解母乳中复杂糖的酶。Vatanen说:“这种基因转移似乎有一个明显的好处，因为它为婴儿体内的新细菌物种提供了重要的功能。”
供体菌株可以共享它们的基因，而不会在婴儿的肠道中定植，所以需要做更多的工作来弄清楚这种基因转移发生在何时何地。此外，科学家们承认，婴儿的微生物也可能在日常生活中从其他人那里获得基因，比如非生育的父母、兄弟姐妹或祖父母，所以可能存在比他们目前所能捕捉到的更多的水平基因转移事件。
发明之母
为了更好地了解母亲和婴儿体内不断变化的微生物组的生物学功能，研究人员还与Broad代谢组学平台的成员合作，研究了微生物代谢物——由微生物产生或转化的物质，可以对整个身体产生影响。
在母亲分娩期间和分娩后，研究人员观察到她们的微生物组和代谢组的变化，这些变化可能会影响母亲的代谢健康，例如与糖耐量受损有关的类固醇化合物的增加。
研究小组还揭示了婴儿的微生物组和代谢组特征，这些特征与母亲的不同，多样性也不如母亲，包括数百种在母亲身上看不到的独特代谢物，如神经递质和免疫调节剂。
在母乳喂养的年轻婴儿的代谢组学资料中，科学家们发现了已知会促进疾病炎症的物质，这表明在生命的早期，代谢物会促进免疫系统的健康成熟。“在许多方面，炎症标志物可以教育免疫系统，使其更好地抵御毒素或坏细菌，并在受到干扰时表现出更强的弹性，”Xavier说。
该研究的第一作者之一、哥德堡大学的布罗德访问科学家兼研究员卡洛琳娜·贾巴尔(Karolina Jabbar)领导了部分研究工作，研究了不同饮食对婴儿微生物群的影响。常规(非水解)配方奶粉喂养的婴儿的代谢组学特征与母乳喂养的婴儿不同，包括可能导致1型糖尿病和哮喘等免疫相关疾病风险的代谢物。
未来微生物组开发的工作有一天可能会通过改变细菌肠道群落或补充关键代谢物来降低疾病风险。这些见解还可以帮助指导婴儿喂养或护理策略的建议，利用微生物组的力量来影响人类健康。
“我们已经证明，母体微生物群在婴儿微生物群的播种中起着重要作用，这不是一次性的事件，而是一个连续的过程，”Xavier说。“这可能是母亲和孩子之间长期联系的另一个好处，为这些有益的基因转移事件的发生提供了更多机会。”
参考:王志强，王志强，王志强，等。来自母体微生物组的移动遗传元素塑造了婴儿肠道微生物的组装和代谢。细胞．185 (26): 4921 2022; 4936. - e15。doi:10.1016 / j.cell.2022.11.023
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