Cell：首次发现母亲和婴儿机体肠道微生物组之间或许存在水平基因转移现象

围产期是机体认知和免疫系统发育的关键窗口，其会通过母体和婴儿的肠道微生物组以及其代谢产物而促进。近日，一篇发表在国际杂志Cell上题为“Mobile genetic elements from the maternal microbiome shape infant gut microbial assembly and metabolism”的研究报告中，来自赫尔辛基大学等机构的科学家们通过研究发现了一种新型的母婴微生物组传播模式，即在围产期内母体肠道中的微生物会与婴儿肠道中的微生物共享基因，而且这种模式从婴儿出生前就开始了，并且会延伸到其出生后的头几周，这种水平基因转移就能允许母源性的微生物影响婴儿机体微生物组的功能，而微生物组菌株本身并没有进行持续性的传播。

在这篇大规模的综合性分析中，研究人员提供了一系列肠道定植动态学变化的高分辨率快照信息，这种动态学变化或许会影响婴儿出生前后的机体发育。研究者Ramnik Xavier说道，这项研究中，我们首次描述了母体和婴儿机体微生物组移动遗传元件的转移，同时我们还整合了来自母亲和婴儿体内的肠道微生物组及其代谢组学特征，结果发现了肠道代谢产物、细菌和母乳底物之间的关联，这项调查代表了在已知的母源性和膳食因素的影响下，婴儿肠道微生物组和代谢组共同发育的独特视角。肠道菌群能部分通过微生物代谢产物的产生来促进机体免疫系统的成熟，婴儿肠道微生物组的发育遵循着可预测的模式，即从出生时母亲传递的微生物开始，除了免疫系统成熟外，微生物的代谢产物还影响着机体早期的认知功能发育。围产期对于机体认知和免疫系统的发育非常关键，尽管如此，在围产期机体微生物组和代谢组的共同发育以及这一过程的决定因素，科学家们并未很好地理解。为了填补这一知识空白，研究人员对来自70个母婴组合队列的纵向多组学数据进行分析，从孕晚期到婴儿出生一岁时追踪其与母亲体内的微生物组和代谢组的共同发育情况，结果发现了大规模的母亲-婴儿机体之间移动遗传元件的转移，其经常涉及与饮食相关的适应性存在关联的基因。

首次发现母亲和婴儿机体肠道微生物组之间或许存在水平基因转移现象。

图片来源：Cell (2022). DOI:10.1016/j.cell.2022.11.023.

研究者表示，婴儿肠道代谢组的多样性不如母体的代谢组多样性，但有数百种特殊的代谢产物以及微生物-代谢产物的关联在母体中并未被检测到，接受常规但并非广泛的水解配方奶粉的婴儿机体中的代谢组和血清细胞因子特征与纯母乳喂养的婴儿并不相同。研究者Tommi Vatanen说道，婴儿的肠道中拥有数千种独特的代谢产物，其中很多都是由肠道菌群对母乳中的底物修饰而产生，这些代谢产物中的很多都可能会影响机体免疫系统的功能和认知功能的发育。怀孕与类固醇化合物水平升高直接相关，包括性腺激素衍生物和胆汁酸生物合成中间体，其中一些与机体葡萄糖耐受损伤之间存在着独立的关联；尽管婴儿机体肠道代谢组的多样性不如母体中的代谢组，但研究人员发现了2500多个婴儿特异性的代谢组特征，此外，他们还识别出了多种婴儿特有的细菌种类和粪便代谢产物的关联，其中包括神经递质和免疫调节剂等。研究人员很惊讶地发现，在婴儿机体中很少观察到的母源性肠道菌群或许对于婴儿肠道微生物组的结构有着特殊的贡献，此外还有研究证据表明，前噬菌体（prophages，休眠的噬菌体或定植在细菌基因组上的病毒）或许会促进母体和婴儿微生物组之间可移动遗传元件的交流。研究者指出，除了经典的菌种和物种的垂直传播外，母源性的微生物组或许会通过水平基因转移的方式来塑造婴儿机体的肠道微生物组，此外，识别出婴儿肠道中独特的代谢组特征以及微生物-代谢物相互作用或许有望帮助研究人员开发出一种新型平台来进一步研究微生物对婴儿机体发育的贡献和作用。目前本文研究的局限性在于，研究人员并未考虑到女性怀孕和产后期间饮食和生活方式的改变，这或许也会影响机体的微生物组和代谢组特征；未来研究中，研究人员计划进一步研究来分析细菌和代谢组之间的关联，并利用体外分离的细菌来研究菌种特异性的细菌代谢输出特征。综上，本文研究结果表明，这项综合性的分析或许扩大了肠道微生物组垂直传播的概念，并对孕晚期和婴儿生命早期母婴机体的微生物组和代谢组的发育提供了新的研究思路和见解。

来源：人体微生物组与健康