Bằng chứng về sự chuyển gen ngang giữa hệ vi sinh vật của mẹ người và hệ vi sinh vật đường ruột của trẻ sơ sinh

Sự chuyển gen theo chiều ngang này cho phép các chủng vi sinh vật của mẹ ảnh hưởng đến khả năng hoạt động của hệ vi sinh vật ở trẻ sơ sinh, trong trường hợp không có sự lây truyền liên tục của chính các chủng vi sinh vật. Một phân tích tích hợp quy mô lớn như vậy, được trình bày vào ngày 22 tháng 12 trên tạp chí Cell , cung cấp một loạt ảnh chụp nhanh có độ phân giải cao về động lực xâm lấn ruột có ảnh hưởng đến sự phát triển của trẻ sơ sinh cả trước và sau khi sinh.

Tác giả nghiên cứu cao cấp Ramnik Xavier của Viện Broad của MIT và Harvard cho biết: “Đây là nghiên cứu đầu tiên mô tả sự chuyển giao các yếu tố di truyền di động giữa hệ vi sinh vật của mẹ và trẻ sơ sinh”. "Nghiên cứu của chúng tôi cũng lần đầu tiên tích hợp hệ vi sinh vật đường ruột và hồ sơ chuyển hóa từ cả bà mẹ và trẻ sơ sinh, đồng thời phát hiện ra mối liên hệ giữa các chất chuyển hóa trong ruột, vi khuẩn và chất nền của sữa mẹ. Nghiên cứu này thể hiện một quan điểm độc đáo về sự đồng phát triển của hệ vi sinh vật đường ruột và các chất chuyển hóa của trẻ sơ sinh." dưới ảnh hưởng của các yếu tố bà mẹ và chế độ ăn uống đã biết."

Vi khuẩn đường ruột thúc đẩy sự trưởng thành của hệ thống miễn dịch một phần thông qua việc sản xuất các chất chuyển hóa của vi sinh vật. Sự phát triển của hệ vi sinh vật đường ruột của trẻ sơ sinh tuân theo các mô hình có thể dự đoán được, bắt đầu bằng việc truyền vi khuẩn từ người mẹ khi sinh. Ngoài sự trưởng thành của hệ thống miễn dịch, các chất chuyển hóa của vi sinh vật cũng ảnh hưởng đến sự phát triển nhận thức sớm. Thời kỳ chu sinh đại diện cho một cửa sổ quan trọng cho sự phát triển hệ thống nhận thức và miễn dịch, được thúc đẩy bởi hệ vi sinh vật đường ruột của mẹ và trẻ sơ sinh và các chất chuyển hóa của chúng. Tuy nhiên, sự đồng phát triển của microbiome và chất chuyển hóa trong thời kỳ chu sinh và các yếu tố quyết định của quá trình này vẫn chưa được hiểu rõ.

Để giải quyết lỗ hổng kiến ​​thức này, Xavier và các đồng nghiệp của ông đã theo dõi sự đồng phát triển của hệ vi sinh vật và hệ chất chuyển hóa từ giai đoạn cuối thai kỳ đến khi trẻ được một tuổi bằng cách sử dụng dữ liệu đa omic theo chiều dọc từ một nhóm gồm 70 cặp mẹ con. Họ đã phát hiện ra sự chuyển giao các yếu tố di truyền giữa các loài từ mẹ sang con trên quy mô lớn, thường liên quan đến các gen liên quan đến sự thích nghi liên quan đến chế độ ăn uống. Các chất chuyển hóa trong ruột của trẻ sơ sinh kém đa dạng hơn so với các chất chuyển hóa của mẹ nhưng có hàng trăm chất chuyển hóa độc đáo và mối liên hệ giữa chất chuyển hóa với vi khuẩn không được phát hiện ở mẹ. Các chất chuyển hóa và dấu hiệu cytokine huyết thanh của trẻ bú sữa công thức đều đặn, nhưng không được thủy phân nhiều, khác với trẻ bú mẹ hoàn toàn.

Tommi Vatanen, đồng tác giả đầu tiên của nghiên cứu cùng với Karolina Jabbar, cả hai đều thuộc Viện Broad của MIT và Harvard cho biết: “Ruột trẻ sơ sinh chứa hàng nghìn chất chuyển hóa độc đáo, nhiều chất trong số đó có khả năng được biến đổi từ chất nền sữa mẹ bởi vi khuẩn đường ruột. "Nhiều trong số các chất chuyển hóa này có khả năng ảnh hưởng đến hệ thống miễn dịch và sự phát triển nhận thức."

Mang thai có liên quan đến sự gia tăng các hợp chất steroid, bao gồm các dẫn xuất hormone tuyến sinh dục và các chất trung gian của quá trình sinh tổng hợp axit mật, một số hợp chất này có liên quan độc lập với tình trạng rối loạn dung nạp glucose. Mặc dù các chất chuyển hóa đường ruột của trẻ sơ sinh ít đa dạng hơn so với các chất chuyển hóa của mẹ, nhưng các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra hơn 2.500 đặc điểm chuyển hóa riêng của trẻ sơ sinh. Hơn nữa, họ đã xác định được nhiều mối liên hệ đặc hiệu với trẻ sơ sinh của các loài vi khuẩn và các chất chuyển hóa trong phân, bao gồm các chất dẫn truyền thần kinh và các chất điều hòa miễn dịch.

Xavier cho biết: "Chúng tôi rất ngạc nhiên khi phát hiện ra rằng vi khuẩn đường ruột của mẹ mà hiếm khi được quan sát thấy ở trẻ sơ sinh đã góp phần vào cấu trúc hệ vi sinh vật đường ruột của trẻ sơ sinh," Xavier nói. sự trao đổi các yếu tố di truyền di động giữa hệ vi sinh vật của mẹ và trẻ sơ sinh."

Các tác giả nói rằng hệ vi sinh vật của mẹ có thể định hình hệ vi sinh vật đường ruột của trẻ sơ sinh thông qua quá trình chuyển gen theo chiều ngang, ngoài việc truyền theo chiều dọc cổ điển của các chủng và loài. Hơn nữa, việc xác định các cấu hình chuyển hóa đặc biệt và tương tác giữa vi khuẩn-chất chuyển hóa trong ruột trẻ sơ sinh tạo thành một nền tảng để nghiên cứu sâu hơn về sự đóng góp của vi sinh vật đối với sự phát triển của trẻ sơ sinh.

Một hạn chế của nghiên cứu là các nhà nghiên cứu đã không xem xét những thay đổi trong chế độ ăn uống và lối sống giữa thời kỳ mang thai và thời kỳ hậu sản, điều này có thể ảnh hưởng đến sự thay đổi hệ vi sinh vật và hệ chuyển hóa. Trong các nghiên cứu trong tương lai, họ có kế hoạch khám phá thêm mối liên kết giữa vi khuẩn và các chất chuyển hóa và điều tra sản lượng trao đổi chất của vi khuẩn cụ thể theo chủng bằng cách sử dụng vi khuẩn được phân lập trong ống nghiệm.

Xavier cho biết: "Kết hợp lại với nhau, phân tích tích hợp của chúng tôi mở rộng khái niệm về sự truyền dọc của hệ vi sinh vật đường ruột và cung cấp những hiểu biết mới về sự phát triển của hệ vi sinh vật cũng như các chất chuyển hóa của mẹ và trẻ sơ sinh trong giai đoạn cuối của thai kỳ và giai đoạn đầu đời".

Nguồn Cell Press .