人类母体微生物组与婴儿肠道微生物组之间水平基因转移的证据

研究人员发现了一种新的母婴微生物组垂直传播模式，即在围产期期间，母体肠道微生物与婴儿肠道微生物共享基因，从出生前即刻开始，一直持续到出生后的头几周。这种水平基因转移允许母体微生​​物菌株影响婴儿微生物组的功能，而无需微生物菌株本身的持续传播。

这种大规模综合分析于 12 月 22 日发表在《细胞》杂志上，提供了一系列影响婴儿出生前后发育的肠道定植动力学的高分辨率快照。

“这是第一项描述母婴微生物组之间移动遗传元素转移的研究，”麻省理工学院和哈佛大学布罗德研究所的资深研究作者 Ramnik Xavier 说。“我们的研究还首次整合了来自母亲和婴儿的肠道微生物组和代谢组学概况，并发现了肠道代谢物、细菌和母乳底物之间的联系。这项研究代表了婴儿肠道微生物组和代谢组学共同发展的独特视角在已知的母体和饮食因素的影响下。”

肠道细菌部分通过微生物代谢产物的产生来促进免疫系统的成熟。婴儿肠道微生物组的发展遵循可预测的模式，从出生时母亲传播微生物开始。除了免疫系统的成熟，微生物代谢物也会影响早期认知发育。

围产期是认知和免疫系统发育的关键窗口，由母婴肠道微生物群及其代谢物促进。然而，围产期微生物组和代谢组的共同发展以及这一过程的决定因素尚不清楚。

为了解决这一知识缺口，Xavier 和他的同事使用来自 70 对母婴的队列的纵向多组学数据追踪了微生物组和代谢组从妊娠后期到一岁的共同发展。他们发现了可移动遗传元素的大规模母婴种间转移，通常涉及与饮食相关适应相关的基因。

婴儿肠道代谢组的多样性低于母体代谢组，但具有数百种未在母亲身上检测到的独特代谢物和微生物-代谢物关联。接受常规但未广泛水解配方奶粉的婴儿的代谢组学和血清细胞因子特征与纯母乳喂养婴儿的代谢组学和血清细胞因子特征不同。

“婴儿肠道含有数千种独特的代谢物，其中许多可能是由肠道细菌从母乳底物中修饰而来的，”该研究的共同第一作者 Tommi Vatanen 和麻省理工学院布罗德研究所和哈佛大学的 Karolina Jabbar 说。“许多这些代谢物可能会影响免疫系统和认知发展。”

怀孕与类固醇化合物的增加有关，包括性腺激素衍生物和胆汁酸生物合成的中间体，其中一些与葡萄糖耐量受损独立相关。尽管婴儿肠道代谢组的多样性低于母体代谢组，但研究人员检测到了 2,500 多个婴儿独特的代谢组学特征。此外，他们还发现了许多婴儿特有的细菌种类和粪便代谢物的关联，包括神经递质和免疫调节剂。

“我们惊讶地发现，在婴儿中很少观察到的母体肠道细菌对婴儿肠道微生物组结构有贡献，”Xavier 说。“我们还发现证据表明，噬菌体——休眠的噬菌体，或驻留在细菌基因组上的病毒——有助于母婴微生物组之间移动遗传元件的交换。”

作者说，除了菌株和物种的经典垂直传播之外，母体微生物群可能通过水平基因转移塑造婴儿肠道微生物群。此外，婴儿肠道中独特的代谢组学特征和微生物-代谢物相互作用的鉴定构成了进一步研究微生物对婴儿发育的贡献的平台。

一项研究限制是研究人员没有考虑怀孕和产后期间饮食和生活方式的变化，这可能会影响微生物组和代谢组的改变。在未来的研究中，他们计划进一步探索细菌和代谢物之间的联系，并在体外使用分离的细菌研究菌株特异性细菌代谢输出。

“总之，我们的综合分析扩展了肠道微生物组垂直传播的概念，并为孕晚期和生命早期母婴微生物组和代谢组的发展提供了新的见解，”Xavier 说。

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