الجينات المتنقلة من الأم تشكل ميكروبيوم الطفل

أم تعطي طفلها كل شيء: الحب والعناق والقبلات ... وجيش قوي من البكتيريا.

هذه الخلايا البسيطة ، التي تنتقل من الأم إلى الطفل عند الولادة وفي أشهر الاتصال الحميم التالية ، تشكل البذور الأولى لميكروبيوم الطفل - المجتمع المتطور للكائنات الدقيقة التكافلية المرتبطة بوظيفة الجسم الصحية. أجرى باحثون في معهد برود التابع لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وجامعة هارفارد مؤخرًا أول مسح واسع النطاق لكيفية تطور ميكروبات الأم وطفلها خلال السنة الأولى من الحياة. دراستهم الجديدة، نشرت في الموبايل في ديسمبر وجد أن مساهمات الأمهات هذه لا تقتصر على الخلايا الكاملة. تنتقل قصاصات صغيرة من الحمض النووي تسمى العناصر الوراثية المتنقلة من بكتيريا الأم إلى بكتيريا الطفل ، حتى بعد أشهر من الولادة.

يمكن أن تلعب طريقة النقل هذه ، التي لم يسبق لها مثيل في زراعة ميكروبيوم الرضيع ، دورًا حاسمًا في تعزيز النمو والتطور. إن فهم كيفية تطور ميكروبيوم الطفل يمكن أن يفسر سبب استعداد بعض الأطفال للإصابة بأمراض معينة أكثر من غيرهم. فيكتوريا كار، عالم المعلومات الحيوية الرئيسي في معهد ويلكوم سانجر الذي لم يكن جزءًا من الدراسة.

"إنه سؤال كبير: كيف نحصل على ميكروباتنا؟" قال نيكولا سيجاتا، وهو أستاذ في جامعة ترينتو في إيطاليا لم يكن أيضًا جزءًا من الدراسة.

أجسامنا هي موطن لعدد من الخلايا البكتيرية مثل الخلايا البشرية ، ومعظمها يعيش داخل أحشائنا. كل واحد منا يضم مكتبات متنوعة على نطاق واسع من الأنواع والسلالات البكتيرية المكتسبة طوال الحياة. لكن يبدأ الأطفال بالعقم تقريبًا. يُعتقد أن أول تسريب كبير للميكروبات يأتي من الأم أثناء الولادة عندما يخرج الرضيع من الرحم. هذه الهدية البكتيرية تخلق السقالات لمجتمع ميكروبي مزدهر في الجسم يحافظ على حياتنا لبقية حياتنا. (لا يحصل الأطفال الذين يولدون بعملية قيصرية على نفس التسريب الأولي للميكروبات التي يحصل عليها الأطفال منذ الولادة الطبيعية ، لكنهم يجمعونها ببطء في وقت لاحق).

وأوضح سيجاتا أن أحد تأثيرات الميكروبيوم هو تكييف نظام المناعة والتمثيل الغذائي لمضيفه خلال العامين الأولين من الحياة. وقال إن أيام التدريب الأولية هذه "يمكن أن يكون لها عواقب طويلة الأمد لا يزال من الصعب فهمها في الوقت الحالي".

هذا لأن المستقلبات ، أو المنتجات الكيميائية لعملية التمثيل الغذائي ، التي ينتجها الميكروبيوم يعتقد أنها تؤثر على تطور الجهاز الإدراكي والمناعة لدى الطفل ، خاصة خلال فترة حساسة في الألف يوم قبل الولادة وبعدها. كارولينا جبار، طبيب باطني وباحث في جامعة جوتنبرج وهو مؤلف مشارك في البحث الجديد.

في الدراسة الجديدة بقيادة رامنيك كزافييه، مدير مرصد خلية كلارمان في معهد برود ، جمع الباحثون عينات براز من 70 زوجًا من الأمهات وأطفالهن ، بدءًا من بداية الحمل ويستمر في العام الأول للطفل. قام الباحثون بعد ذلك بمسح مزيج الميكروبات والمركبات الموجودة في العينات وأجروا تحليلات جينية لتحديد الأنواع وسلالات الميكروبات الموجودة. باستخدام هذه البيانات ، تمكنوا من رؤية كيف تطورت ميكروبيومات الأمهات والأطفال خلال تلك الفترة.

كما توقعوا ، كانت ميكروبيومات الرضع مختلفة عن ميكروبيومات أمهاتهم ، وكان تأثير النظام الغذائي على ميكروبيوماتهم واضحًا. كان لدى الأطفال المئات من المستقلبات التي لا تمتلكها أمهاتهم.

كانت المفاجأة الكبرى للفريق أنه حتى عندما يفتقر الطفل إلى سلالات بكتيرية مفيدة موجودة في الأم ، فإن ميكروبيوم الطفل لا يزال يحتوي على قصاصات من الجينات التي تنتمي إلى تلك السلالات.

"كيف يمكن أن تؤثر الأنواع على التركيب الميكروبي للرضع دون أن تكون جزءًا منه؟" قال جبار. بدأت هي وزملاؤها في المختبر في التساؤل عما إذا كان يمكن تفسير ذلك من خلال النقل الأفقي للجينات ، وهي عملية غريبة تقفز فيها الجينات من نوع ما إلى نوع آخر بدلاً من أن تنتقل إلى ذرية. تعد عمليات نقل الجينات الأفقية أمرًا شائعًا داخل مجتمعات البكتيريا - فهي تساهم بشكل كبير في انتشار الجينات المقاومة للمضادات الحيوية في مجموعة متنوعة من مسببات الأمراض ، على سبيل المثال - وقد تم اكتشاف حدوثها أيضًا في الكائنات متعددة الخلايا.

ومع ذلك ، لم يكن الباحثون مستعدين لرؤية مئات الجينات تنتقل بين المجتمعات البكتيرية - من ميكروبيوم الأم إلى الجنين. قال: "إنها واحدة من تلك الأشياء التي لا تصدقها بنفسك في البداية" تومي فاتانين، وهو زميل باحث في جامعة هلسنكي ومؤلف مشارك في الورقة.

يتكهن الباحثون بأن عمليات نقل الجينات الأفقية قد تكون أكثر وضوحًا عندما لا تستطيع البكتيريا التي تنمو في أمعاء الأم البقاء على قيد الحياة في بيئة غير مألوفة لأمعاء الرضيع. قد تدخل بكتيريا الأم إلى جسم الرضيع عن طريق حليب الثدي أو كأبواغ مطلقة يبتلعها الرضيع. بعض البكتيريا ستفشل حتما في استعمار جسم الطفل وتختفي. لكنها قد تدوم طويلاً بما يكفي لقفز تسلسلات جينية معينة إلى بكتيريا أكثر نجاحًا. إذا ترسخت هذه التسلسلات الجينية في جينومات البكتيريا داخل أمعاء الطفل ، فيمكنها إحضار الوظائف التي تشفرها.

قال كار: "حقيقة أنه حتى الوجود العابر لخلية مانحة يمكن أن يكون له مثل هذا التأثير على تلك الخلايا الدائمة أمر رائع حقًا".

في بعض الحالات ، قد تكون هذه القفزات أصبحت ممكنة عن طريق الستيرويد - فيروسات كامنة تتكاثر في البكتيريا. في البيئة المجهدة لأمعاء الطفل ، قد تنشط العوارض الجرثومية وتبدأ في التنقل بين البكتيريا ، وتحمل معها الجينات البكتيرية المدمجة.

في تحليلهم لعينات براز الرضع ، حدد فاتانين وجبار وزملاؤهم مثالًا واضحًا: ظهرت نشرة تم دمجها في الحمض النووي لنوع بكتيري واحد في بكتيريا مختلفة بعد أشهر.

قال فاتانين: "إنه دليل مقنع تمامًا على أن هذه العاثية بالتحديد قد قفزت بين نوعين مختلفين". وجد الباحثون أيضًا أن الجينات تقفز بين الأنواع البكتيرية بطرق أخرى ، مثل الاتصال المباشر من خلية إلى خلية أو من خلال خلية بكتيرية تبتلع الحمض النووي المنطلق في البيئة.

قامت مجموعة كبيرة من الجينات التي قفزت بتشفير الآلية الخلوية التي تجعل عمليات نقل الجينات الأفقية ممكنة. ساعدت التسلسلات المتنقلة الأخرى في استقلاب الكربوهيدرات والأحماض الأمينية ، وبالتالي ربما استفادت البكتيريا بشكل كبير. على سبيل المثال ، تشير النتائج إلى أن الجينات المتعلقة بهضم الكربوهيدرات الموجودة في حليب الثدي يمكن أن يتم تقاسمها بين الأمهات والرضع بهذه الطريقة ، على حد قول جبار. لا يعرف الباحثون على وجه اليقين أن التحويلات الأفقية تفيد الطفل بشكل مباشر ، ولكن من خلال تجميع ميكروبيوم أمعاء أكثر قدرة ، قد يساعدون في تطوير جهاز المناعة لدى الطفل.

ظهرت بعض هذه التسلسلات الجينية في بكتيريا جديدة بعد أشهر من الولادة ، مما يشير إلى أن عمليات النقل استمرت في الحدوث خلال تلك الفترة. ليس من الواضح ما إذا كانت عمليات النقل تحدث قبل الولادة أيضًا ، لكن الباحثين وجدوا أن ميكروبيوم الأم قد تطور أثناء الحمل. يبدو أن بعض التغييرات قد تؤثر على قدرة الجسم على تحمل الجلوكوز. تشير هذه النتائج إلى أن مرض السكري الذي يصيب بعض الأشخاص أثناء الحمل يمكن أن يكون مرتبطًا بالميكروبيوم.

عندما جمع الباحثون عينات من البراز من الرضع ، أخذوا أيضًا عينات من خلاياهم المناعية. الآن يخططون لاستخدام هذه العينات لفحص كيفية تفاعل البكتيريا التي يحملها الأطفال ، بما في ذلك تلك البكتيريا التي تحتوي على هذه العناصر المتحركة ، مع الخلايا المناعية. يمكن أن تؤدي الرؤى المستمدة من هذه التجارب إلى فهم أفضل لكيفية ولماذا يصاب بعض الأشخاص بالحساسية أو أمراض المناعة الذاتية.

كان وجود مثل هذه العناصر المتحركة معروفًا منذ أن اكتشفتها عالمة الوراثة الرائدة باربرا مكلينتوك في الأربعينيات ، وهو إنجاز فازت من أجله بجائزة نوبل. قال كار: "لكن لم يتم وصفه حقًا بهذا العمق حتى وقت قريب". "الآن بعد أن حصلنا على المزيد من الأفكار ، ندرك أن العناصر الجينية المتنقلة لها تأثير أكبر مما كنا ندركه سابقًا."

فينا ، اتضح أن هذا التأثير يبدأ في وقت مبكر جدًا من الحياة.