Доказательства горизонтального переноса генов между микробиомом матери человека и микробиомом кишечника младенца

Исследователи обнаружили новый способ вертикальной передачи а от матери к ребенку, при котором микробы в ике матери имеют общие гены с микробами в кишечнике младенца в перинатальный период, начиная непосредственно перед рождением и продолжая мысль в течение первых нескольких недель после рождения. Этот горизонтальный перенос генов позволил материнским микробным штаммам влиять на функциональную способность младенческого микробиома при отсутствии постоянной передачи самих микробных штаммов. Такой масштабный интегративный анализ, представленный 22 декабря в журнале Клеткапредоставляет серию снимков с высоким разрешением динамики колонизации кишечника, которые влияют на развитие младенцев как до, так и после рождения.


«Это первое исследование, описывающее передачу мобильных генетических элементов между микробиомами матери и ребенка», — говорит старший автор исследования Рамник Ксавье из Института Броуда Массачусетского технологического института и Гарварда. «Наше исследование также впервые объединило кишечный микробиом и метаболомные профили как матерей, так и младенцев и обнаружило связи между кишечными метаболитами, бактериями и субстратами грудного молока. Это исследование представляет собой уникальную перспективу совместного развития кишечных микробиомов и метаболомов младенцев. под влиянием известных материнских и диетических факторов».

Кишечные бактерии частично способствуют созреванию иммунной системы за счет продукции микробных метаболитов. Развитие микробиома кишечника младенцев следует предсказуемым закономерностям, начиная с передачи микробов от матери при рождении. Помимо созревания иммунной системы, микробные метаболиты также влияют на раннее когнитивное развитие. Перинатальный период представляет собой критическое окно для развития когнитивной и иммунной систем, которому способствует микробиота кишечника матери и ребенка и их метаболиты. Тем не менее совместное развитие микробиомов и метаболомов в перинатальный период и детерминанты этого процесса изучены недостаточно.

Чтобы восполнить этот пробел в знаниях, Ксавьер и его коллеги отследили совместное развитие микробиомов и метаболомов с поздних сроков беременности до годовалого возраста, используя продольные мультиомные данные из когорты из 70 пар мать-младенец. Они обнаружили крупномасштабную межвидовую передачу мобильных генетических элементов от матери к ребенку, часто с участием генов, связанных с адаптацией, связанной с питанием. Метаболомы кишечника младенцев были менее разнообразны, чем метаболомы матерей, но содержали сотни уникальных метаболитов и микробно-метаболитных ассоциаций, не обнаруженных у матерей. Метаболомы и сигнатуры сывороточных цитокинов у младенцев, которые получали обычную, но не интенсивно гидролизованную смесь, отличались от таковых у младенцев, находящихся на исключительно грудном вскармливании.

«Кишечник младенца содержал тысячи уникальных метаболитов, многие из которых, вероятно, были модифицированы из субстратов грудного молока кишечными бактериями», — говорит Томми Ватанен, соавтор исследования вместе с Каролиной Джаббар из Института Броуда Массачусетского технологического института и Гарварда. «Многие из этих метаболитов, вероятно, влияют на иммунную систему и когнитивное развитие».

Беременность была связана с увеличением стероидных соединений, включая производные гонадных гормонов и промежуточные продукты биосинтеза желчных кислот, некоторые из которых были независимо связаны с нарушением толерантности к глюкозе. Хотя метаболомы кишечника младенцев были менее разнообразны, чем метаболомы матерей, исследователи обнаружили более 2500 уникальных метаболомических особенностей младенцев. Более того, они выявили многочисленные специфичные для младенцев ассоциации видов бактерий и фекальных метаболитов, включая нейротрансмиттеры и иммуномодуляторы.

«Мы были удивлены, обнаружив, что материнские кишечные бактерии, которые редко наблюдались у младенцев, вносят свой вклад в структуру микробиома кишечника младенцев, — говорит Ксавье. обмен мобильными генетическими элементами между микробиомами матери и ребенка».

Авторы говорят, что материнский микробиом может формировать микробиом кишечника младенца посредством горизонтального переноса генов, помимо классической вертикальной передачи штаммов и видов. Более того, идентификация отличительных метаболических профилей и взаимодействий микробов и метаболитов в кишечнике младенцев представляет собой платформу для дальнейшего изучения микробного вклада в развитие младенцев.

Одним из ограничений исследования было то, что исследователи не учитывали изменения в питании и образе жизни между беременностью и послеродовым периодом, которые могли повлиять на изменения микробиома и метаболома. В будущих исследованиях они планируют дополнительно изучить связи между бактериями и метаболитами и исследовать метаболический выход бактерий, специфичный для штамма, с использованием изолированных бактерий in vitro.