个性化的微生物菌株从母体转移到婴儿的肠道

肠道中的微生物群落——也被称为肠道微生物群——对人类的消化、代谢和抵抗病原体的定植至关重要。婴幼儿的肠道微生物组成在生命的前3年发生了广泛的变化。但是这些微生物最初来自哪里呢?

科学家们长期以来一直能够分析肠道微生物组在500至1,000种不同的细菌种类的水平，主要具有有益的影响;最近只有更多的是能够识别个人菌株在一个单一的物种使用强大的基因组工具和超级计算机分析大量的遗传数据。

阿拉巴马大学伯明翰分校(University of Alabama at Birmingham)的研究人员现在已经使用他们的微生物组“指纹”方法报告说，一个个性化的微生物株马赛克通过母亲的阴道分娩传递给婴儿的肠道微生物组。他们通过分析现有的母婴粪便样本的宏基因组数据库详细说明了这种传播，并分析了小鼠坝和幼鼠在无菌或灵菌中的传播，小鼠模型在UAB，那里的大坝接种了人类粪便微生物。

“我们的分析结果表明，多种母系微生物菌株——一些在母系粪便中并不丰富的菌株——可以在出生时传播，从而建立一个多样化的婴儿肠道微生物群落，”亚利桑那大学细胞、发育和整合生物学学系名誉教授Casey Morrow博士说。“我们的分析为复杂的婴儿微生物群落中微生物菌株的起源提供了新的见解。”

这项研究使用了之前在UAB开发的菌株追踪生物信息学工具，称为基于windows的单核苷酸变异相似性(single nucleotide-variant Similarity，简称WSS)。UAB基因与基因组学核心系的Hyunmin Koo博士领导了信息分析。非生物小鼠模型研究由布莱登·麦克法兰博士领导，他是UAB细胞、发育和整合生物学系的助理教授。

莫罗和他的同事在之前的几项菌株追踪研究中使用了这种微生物指纹工具。2017年，他们发现在接受粪便移植后，捐赠者体内用于治疗复发性艰难梭菌感染的粪便微生物会保留数月或数年。2018年，他们的研究显示，肥胖手术导致上消化道的变化导致了新的微生物菌株的出现。2019年,他们分析了稳定的新菌株在抗生素治疗后个人,今年早些时候,他们发现成年双胞胎,36岁到80岁,每一对之间共享一定的应变或菌株的几年,甚至几十年,之后他们开始彼此住在一起。

在目前的研究中，在母亲和母亲之间发现了几种微生物菌株共享的个体特异性模式婴儿。三对母子只发现了相关的菌株，而另外十多对母子的婴儿则发现了一组与母体相关和不相关的微生物。可能不相关的菌株来自母亲，但它们不是母亲体内的优势菌株，所以没有被检测到。

实际上，在第二次研究中，在他们怀孕中使用不同时间的九个女性的数据集表明，在七个女性中发生了个体种类的菌株变化。

为了进一步确定不相关菌株的来源，研究人员使用小鼠模型研究在没有环境微生物的情况下，从大坝到幼犬的传播。研究人员将5只不同的雌性小鼠移植了不同的人类粪便，培育出5只独特的人类微生物组小鼠，并将它们与具有灵菌的雄性小鼠杂交。研究人员随后分析了在人类捐赠者、鼠坝和它们的幼鼠中发现的菌株。他们发现了四种不同的模式:1)某一特定物种的幼崽的品系与水坝的品系相关;2)幼崽的品系与母犬的品系和人类供体的品系都相关;3)幼崽的品系与人类供体的品系有关，但与水坝的品系无关;而且，重要的是，4)在幼崽、水坝和人类捐赠者之间没有发现特定物种的相关菌株。由于这些动物是在无菌条件下繁殖和饲养的，所以幼崽中不相关的毒株来自大坝中未被发现的小毒株。

莫罗说:“我们的研究结果支持重新考虑不同的母体微生物对婴儿肠道微生物群落的贡献。”“我们在遗传自母亲的婴儿身上检测到的微生物菌株群在每一对母婴中都是不同的。鉴于微生物群在肥胖症和2型糖尿病等代谢性疾病中的作用，我们的研究结果可能有助于进一步解释婴儿对母亲代谢性疾病的易感性。”

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