微生物菌株的個體鑲嵌從母體轉移到嬰兒腸道

2020-08-28 諾恩諾德醫學研究院

腸道中的微生物群落-也稱為腸道微生物組-對人類的消化，代謝和對病原體定植的抵抗力至關重要。嬰兒和幼兒的腸道微生物組組成在生命的頭三年中會發生很大變化。但是這些微生物首先來自何處?

長期以來，科學家們已經能夠分析500種至1000種主要有益影響的細菌種類的腸道微生物組。直到最近，他們才能夠使用強大的基因組工具和可分析大量遺傳數據的超級計算機來識別單個物種中的單個菌株。

阿拉巴馬州伯明罕大學的研究人員現在已經使用他們的微生物組「指紋」方法來報告，微生物菌株的個性化鑲嵌圖是通過陰道分娩從母親分娩後傳播到嬰兒腸道微生物組的。他們通過分析母嬰對糞便樣品的現有宏基因組資料庫，以及在UAB的無菌或易生型小鼠模型中分析小鼠大壩和幼犬的傳播，詳細分析了這種傳播方式，在大壩中接種了人類糞便微生物。

Casey Morrow博士說：「我們的分析結果表明，多種母體微生物菌株-有些在母體糞便群落中並不豐富-可以在出生時傳播，從而建立了多樣化的嬰兒腸道微生物群落。」是UAB細胞，發育和整合生物學系的名譽教授。「我們的分析為複雜的嬰兒微生物群落中微生物菌株的起源提供了新見解。」

這項研究使用了先前由UAB開發的應變追蹤生物信息學工具，稱為基於窗口的單核苷酸變異相似性(WSS)。UAB遺傳與基因組學核心繫的Hyunmin Koo博士領導了信息學分析。gnotobiotic小鼠模型研究由UAB細胞，發育和整合生物學系助理教授Braden McFarland博士領導。

Morrow及其同事在先前的幾項應變追蹤研究中都使用了這種微生物指紋工具。2017年，他們發現用於糞便艱難梭菌感染復發的患者糞便供體微生物在糞便移植後數月或數年仍留在接受者體內。在2018年，他們表明通過肥胖手術改變上消化道會導致新的微生物菌株的出現。在2019年，他們分析了經過抗生素治療的個體中新菌株的穩定性，並在今年早些時候發現年齡在36至80歲之間的成年雙胞胎在成年對之間共享某種菌株，甚至長達數年。幾十年後，他們開始彼此分開生活。

在當前的研究中，在母親和嬰兒之間發現了幾種特定的微生物菌株共享模式。三對母嬰僅顯示相關菌株，而其他十二對母嬰嬰兒中則含有與母體有關和無關的微生物。可能無關的菌株來自母親，但它們並不是母親中該物種的主要菌株，因此也沒有被發現。

確實，在第二項研究中，使用了來自九名在不同時間懷孕的婦女的數據集，結果表明，七名婦女在各個物種中發生了品系變異。

為了進一步確定無關菌株的來源，使用了小鼠模型來研究在沒有環境微生物的情況下從大壩到幼犬的傳播。將五隻不同的雌性動物移植到不同的人類糞便中，以創建五隻獨特的人源化微生物組小鼠，並與雄性可育的雄性小鼠一起繁殖。然後，研究人員分析了在人類供體，小鼠水壩及其小鼠幼崽中發現的菌株。他們發現了四種不同的模式：1)特定物種的幼仔應變與大壩的應變有關;2)幼犬的應變與大壩的應變和供體的應變均相關;3)幼犬的應變與供體的應變有關，與大壩的應變無關;並且重要的是，4)在幼犬之間未發現與特定物種相關的菌株，大壩和人類捐助者。由於這些動物是在無菌條件下飼養和飼養的，因此幼崽中無關的菌株來自大壩中未發現的較小菌株。

莫羅說：「我們的研究結果支持重新考慮不同母體微生物對嬰兒腸道微生物群落的貢獻。」「我們在每個母親對嬰兒中檢測到的從母親那裡繼承的嬰兒中的微生物菌株的星座都不同。鑑於微生物組在代謝性疾病(例如肥胖症和2型糖尿病)中的公認作用，我們的研究結果可能會有所幫助進一步解釋嬰兒對母親發現的代謝疾病的敏感性。」

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