在孩子出生期間和之后，來自母親腸道的細(xì)菌在嬰兒體內(nèi)定居，形成一個(gè)獨(dú)特的有益細(xì)菌群落，幫助分解食物，合成維生素，并幫助教會(huì)嬰兒新生的免疫系統(tǒng)識(shí)別外來生物。

根據(jù)麻省理工學(xué)院和哈佛大學(xué)布羅德研究所的科學(xué)家們的一項(xiàng)新研究，母親的微生物禮物甚至不止于此。他們探索了母親和嬰兒在懷孕期間和出生后第一年的微生物群是如何變化的，并發(fā)現(xiàn)母親腸道中的一些細(xì)菌向嬰兒腸道中的細(xì)菌捐贈(zèng)了數(shù)百個(gè)基因。這些基因參與免疫和認(rèn)知系統(tǒng)的發(fā)育，并幫助嬰兒在成長過程中消化不斷變化的飲食。

這項(xiàng)發(fā)表在《Cell》雜志上的研究首次揭示了不同種類的母嬰腸道細(xì)菌之間的大規(guī)模“水平基因轉(zhuǎn)移”事件。這項(xiàng)研究還揭示了細(xì)菌產(chǎn)生的一系列化學(xué)物質(zhì)，即嬰兒特有的代謝物。總之，這些發(fā)現(xiàn)增加了人們對(duì)早期母親和嬰兒之間復(fù)雜生理聯(lián)系的認(rèn)識(shí)。

“這項(xiàng)研究幫助我們更好地理解腸道中豐富的微生物群落最初是如何形成的，以及它在嬰兒期是如何發(fā)展的，”該研究的共同第一作者、現(xiàn)任赫爾辛基大學(xué)研究員的Tommi Vatanen說。“微生物群是非常動(dòng)態(tài)的，與其他系統(tǒng)一起發(fā)展，所以在生命的最初幾年里發(fā)生了很多事情。”

“我們的工作為嬰兒腸道微生物組和代謝組在母親因素影響下的核心發(fā)育提供了一個(gè)獨(dú)特的視角，對(duì)免疫和神經(jīng)發(fā)育具有深遠(yuǎn)的影響，”資深作者和Broad核心研究所成員Ramnik Xavier說，他是免疫學(xué)項(xiàng)目主任，也是布羅德傳染病和微生物組項(xiàng)目的聯(lián)合主任。

內(nèi)臟的反應(yīng)

八年前，Xavier和他的實(shí)驗(yàn)室首次在Broad開始研究微生物群。從那時(shí)起，他們研究了腸道細(xì)菌在生命早期是如何波動(dòng)的，早期微生物定殖如何影響免疫相關(guān)疾病(如1型糖尿病、過敏、哮喘和炎癥性腸病)的風(fēng)險(xiǎn)，以及微生物組在全球不同地方是如何變化的。

在這項(xiàng)新研究中，Xavier和他的團(tuán)隊(duì)旨在更深入地探索微生物群在生命第一年的發(fā)展。他們對(duì)70對(duì)母嬰的糞便樣本進(jìn)行了細(xì)菌DNA測(cè)序，這些樣本是從懷孕后期到嬰兒期的不同階段收集的。

在嬰兒腸道細(xì)菌基因組中，研究人員確定了數(shù)百個(gè)起源于母體細(xì)菌的基因。這表明，從母親到嬰兒的細(xì)菌水平基因轉(zhuǎn)移不是分娩時(shí)的一次性事件，而是在嬰兒出生后的第一年持續(xù)進(jìn)行的過程。

在研究小組發(fā)現(xiàn)的共享基因中，有許多編碼與嬰兒飲食相關(guān)的蛋白質(zhì)，比如分解母乳中復(fù)雜糖的酶。Vatanen說:“這種基因轉(zhuǎn)移似乎有一個(gè)明顯的好處，因?yàn)樗鼮閶雰后w內(nèi)的新細(xì)菌物種提供了重要的功能。”

供體菌株可以共享它們的基因，而不會(huì)在嬰兒的腸道中定植，所以需要做更多的工作來弄清楚這種基因轉(zhuǎn)移發(fā)生在何時(shí)何地。此外，科學(xué)家們承認(rèn)，嬰兒的微生物也可能在日常生活中從其他人那里獲得基因，比如非生育的父母、兄弟姐妹或祖父母，所以可能存在比他們目前所能捕捉到的更多的水平基因轉(zhuǎn)移事件。

發(fā)明之母

為了更好地了解母親和嬰兒體內(nèi)不斷變化的微生物組的生物學(xué)功能，研究人員還與Broad代謝組學(xué)平臺(tái)的成員合作，研究了微生物代謝物——由微生物產(chǎn)生或轉(zhuǎn)化的物質(zhì)，可以對(duì)整個(gè)身體產(chǎn)生影響。

在母親分娩期間和分娩后，研究人員觀察到她們的微生物組和代謝組的變化，這些變化可能會(huì)影響母親的代謝健康，例如與糖耐量受損有關(guān)的類固醇化合物的增加。

研究小組還揭示了嬰兒的微生物組和代謝組特征，這些特征與母親的不同，多樣性也不如母親，包括數(shù)百種在母親身上看不到的獨(dú)特代謝物，如神經(jīng)遞質(zhì)和免疫調(diào)節(jié)劑。

在母乳喂養(yǎng)的年輕嬰兒的代謝組學(xué)資料中，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了已知會(huì)促進(jìn)疾病炎癥的物質(zhì)，這表明在生命的早期，代謝物會(huì)促進(jìn)免疫系統(tǒng)的健康成熟。“在許多方面，炎癥標(biāo)志物可以教育免疫系統(tǒng)，使其更好地抵御毒素或壞細(xì)菌，并在受到干擾時(shí)表現(xiàn)出更強(qiáng)的彈性，”Xavier說。

該研究的第一作者之一、哥德堡大學(xué)的布羅德訪問科學(xué)家兼研究員Karolina Jabbar領(lǐng)導(dǎo)了部分研究工作，研究了不同飲食對(duì)嬰兒微生物群的影響。常規(guī)(非水解)配方奶粉喂養(yǎng)的嬰兒的代謝組學(xué)特征與母乳喂養(yǎng)的嬰兒不同，包括可能導(dǎo)致1型糖尿病和哮喘等免疫相關(guān)疾病風(fēng)險(xiǎn)的代謝物。

未來微生物組開發(fā)的工作有一天可能會(huì)通過改變細(xì)菌腸道群落或補(bǔ)充關(guān)鍵代謝物來降低疾病風(fēng)險(xiǎn)。這些見解還可以幫助指導(dǎo)嬰兒喂養(yǎng)或護(hù)理策略的建議，利用微生物組的力量來影響人類健康。

“我們已經(jīng)證明，母體微生物群在嬰兒微生物群的播種中起著重要作用，這不是一次性的事件，而是一個(gè)連續(xù)的過程，”Xavier說。“這可能是母親和孩子之間長期聯(lián)系的另一個(gè)好處，為這些有益的基因轉(zhuǎn)移事件的發(fā)生提供了更多機(jī)會(huì)。”