Az anyától származó mobil gének alakítják a baba mikrobiómáját

Egy anya mindent belead a babájába: szeretetet, ölelést, csókot… és baktériumok erős seregét.

Ezek az egyszerű sejtek, amelyek születéskor és az azt követő intim kapcsolat hónapjaiban anyától a babáig utaznak, alkotják a gyermek mikrobiómának első magvait – a szimbiotikus mikroorganizmusok fejlődő közösségét, amelyek a test egészséges működéséhez kötődnek. A Massachusetts Institute of Technology és a Harvard Egyetem Broad Institute kutatói a közelmúltban végezték el az első nagyszabású felmérést arról, hogyan fejlődnek együtt egy anya és csecsemője mikrobiómái az első életévben. Új tanulmányuk, kiadva Sejt decemberben megállapították, hogy ezek az anyai hozzájárulások nem korlátozódnak a teljes sejtekre. A mobil genetikai elemeknek nevezett kis DNS-foszlányok az anya baktériumaiból a baba baktériumaiba ugrálnak, még hónapokkal a születés után is.

Az átvitelnek ez a módja, amelyre korábban nem volt példa a csecsemő mikrobiomjának tenyésztésében, döntő szerepet játszhat a növekedés és fejlődés elősegítésében. A gyermek mikrobióma fejlődésének megértése megmagyarázhatja, hogy egyes gyerekek miért hajlamosabbak bizonyos betegségekre, mint mások, mondta Victoria Carr, a Wellcome Sanger Institute vezető bioinformatikusa, aki nem vett részt a vizsgálatban.

"Nagy kérdés: hogyan juthatunk hozzá a mikrobáinkhoz?" mondott Nicola Segata, az olaszországi Trento Egyetem professzora, aki szintén nem vett részt a vizsgálatban.

Testünk körülbelül annyi baktériumsejtnek ad otthont, mint az emberi sejteknek, és ezek többsége a bélrendszerünkben él. Mindannyiunkban az élet során megszerzett baktériumfajok és törzsek hatalmas változatos könyvtárai vannak. De a babák szinte sterilen kezdik. Úgy gondolják, hogy a mikrobák első jelentős infúziója az anyától származik a születés során, amikor a csecsemő kilép az anyaméhből. Ez a baktériumajándék megteremti az állványzatot egy virágzó mikrobiális közösség számára a szervezetben, amely életünk végéig fenntart bennünket. (A császármetszéssel született csecsemők kezdetben nem ugyanazt a mikrobainfúziót kapják, mint a hüvelyi születéskor, de később lassan összegyűjtik.)

Segata magyarázata szerint a mikrobiom egyik hatása az, hogy kondicionálja gazdája immunrendszerét és anyagcseréjét az élet első néhány évében. Ezeknek a kezdeti képzési napoknak „hosszú távú következményei lehetnek, amelyeket jelenleg még nehéz felfogni” – mondta.

Ennek az az oka, hogy a mikrobiom által termelt metabolitokról vagy az anyagcsere kémiai termékeiről úgy gondolják, hogy befolyásolják a baba kognitív és immunrendszerének fejlődését, különösen a születés előtti és utáni 1,000 nap érzékeny időszakában. Karolina Jabbar, belgyógyász és kutató a Göteborgi Egyetemen, aki társszerző az új tanulmányban.

Az új tanulmányban vezette Ramnik Xavier, a Broad Institute Klarman Cell Obszervatóriumának igazgatója, a kutatók 70 pár anyától és csecsemőiktől gyűjtöttek székletmintákat, a terhesség korai szakaszában és a baba első évében. A kutatók ezután felmérték a mintákban jelenlévő mikrobák és vegyületek keverékét, és genetikai elemzéseket végeztek annak meghatározására, hogy mely fajok és mikrobatörzsek vannak jelen. Ezekkel az adatokkal láthatták, hogyan alakultak együtt az anyák és a babák mikrobiómái ez idő alatt.

Ahogyan azt várták, a csecsemők mikrobiómái különböztek az anyukákétól, és az étrend befolyása egyértelmű volt a mikrobiomjukra. A csecsemőknek több száz metabolitjuk volt, amivel az anyjuk nem.

A csapat nagy meglepetése az volt, hogy még akkor is, ha egy csecsemőnek hiányoztak az anyában jelenlévő hasznos baktériumtörzsek, a baba mikrobiomjában még mindig voltak ezekhez a törzsekhez tartozó génfoszlányok.

"Hogyan befolyásolhatja a faj a csecsemő mikrobaösszetételét anélkül, hogy része lenne?" - mondta Jabbar. Ő és labortársai azon töprengtek, vajon ez megmagyarázható-e a horizontális géntranszferrel, egy furcsa folyamattal, amelynek során az egyik faj génjei átugrálnak egy másik fajba, ahelyett, hogy az utódoknak továbbadnának. A vízszintes géntranszferek gyakoriak a baktériumközösségekben – például nagymértékben hozzájárulnak az antibiotikum-rezisztens gének elterjedéséhez számos kórokozóban –, és azt is kimutatták, hogy előfordul. többsejtű szervezetekben.

Ennek ellenére a kutatók nem voltak felkészülve arra, hogy több száz gént lássanak a baktériumközösségek között – az anya mikrobiómától a baba mikrobiómáig. „Ez azon dolgok egyike, amiben először nem hiszel magadnak” – mondta Tommi Vatanen, aki a Helsinki Egyetem tudományos munkatársa és a tanulmány társszerzője.

A kutatók azt feltételezik, hogy a horizontális génátvitel akkor lehet a legnyilvánvalóbb, ha az anya bélrendszerében szaporodó baktériumok nem tudnak túlélni a csecsemő bélrendszerének ismeretlen környezetben. Az anyai baktériumok bejuthatnak a csecsemő szervezetébe az anyatejjel vagy a felszabaduló spórák formájában, amelyeket a csecsemő lenyel. Egyes baktériumok elkerülhetetlenül nem képesek megtelepedni a gyermek testében, és eltűnnek. De elég sokáig tarthatnak ahhoz, hogy bizonyos génszekvenciák sikeresebb baktériumokba ugorjanak be. Ha ezek a genetikai szekvenciák gyökeret vernek a baba bélrendszerében lévő baktériumok genomjában, áthozhatják az általuk kódolt funkciókat.

"Az a tény, hogy még egy donorsejtek átmeneti létezése is ilyen hatással lehet azokra a tartós sejtekre, valóban lenyűgöző" - mondta Carr.

Egyes esetekben ezeket a komlókat a prófágok – a baktériumokban szaporodó szunnyadó vírusok – tették lehetővé. A baba bélrendszerének stresszes környezetében a próféták aktivizálódhatnak, és elkezdhetnek mozogni a baktériumok között, beágyazott bakteriális géneket hordozva magukkal.

A csecsemők székletmintáinak elemzése során Vatanen, Jabbar és kollégáik egy nyilvánvaló példát azonosítottak: egy prófág, amely egy baktériumfaj DNS-ébe integrálódott, hónapokkal később egy másik baktériumban bukkant fel.

"Elég meggyőző bizonyíték arra, hogy ez a fág két különböző faj között ugrott" - mondta Vatanen. A kutatók azt is megállapították, hogy a gének más módon is ugráltak a baktériumfajok között, például közvetlen sejt-sejt érintkezés révén, vagy a környezetbe kerülő DNS-t bekebelező baktériumsejt révén.

A gének egy nagy csoportja, amely ugrott, kódolta azt a sejtes gépezetet, amely lehetővé teszi a horizontális génátvitelt. Más mobil szekvenciák segítették a szénhidrát- és aminosav-anyagcserét, és ezért nagy hasznot húzhattak a baktériumoknak. Az eredmények például azt sugallják, hogy az anyatejben található szénhidrátok emésztésével kapcsolatos gének ilyen módon megoszthatók az anyáktól a csecsemőkig, mondta Jabbar. A kutatók nem tudják biztosan, hogy a vízszintes transzferek közvetlenül a baba javát szolgálják, de egy erősebb bélmikrobióma összeállításával segíthetik a baba immunrendszerének fejlődését.

Ezen genetikai szekvenciák némelyike ​​hónapokkal a születés után új baktériumokban bukkant fel, ami arra utal, hogy az átvitel ez idő alatt is megtörtént. Nem világos, hogy a születés előtt is megtörténtek-e az átültetések, de a kutatók azt találták, hogy az anya mikrobiomája a terhesség alatt fejlődött ki. Úgy tűnt, hogy néhány változás befolyásolja a szervezet glükóztűrő képességét. Ezek az eredmények azt sugallják, hogy a cukorbetegség, amely egyeseknél terhesség alatt alakul ki, összefüggésbe hozható a mikrobiomával.

Amikor a kutatók székletmintákat gyűjtöttek a csecsemőktől, mintát vettek az immunsejtjeikből is. Most azt tervezik, hogy ezekkel a mintákkal megvizsgálják, hogyan lépnek kölcsönhatásba a csecsemők által hordozott baktériumok, beleértve azokat a baktériumokat is, amelyek ezeket a mozgékony elemeket tartalmazzák. A kísérletekből származó betekintések jobban megérthetik, hogyan és miért alakulnak ki egyes embereknél allergia vagy autoimmun betegségek.

Az ilyen mobil elemek létezése azóta ismert, hogy az úttörő genetikus, Barbara McClintock az 1940-es években felfedezte őket, amiért elnyerte a Nobel-díjat. „De ezt még soha nem jellemezték ilyen mélységben egészen a közelmúltig” – mondta Carr. "Most, hogy több betekintést nyerünk, rájöttünk, hogy a mobil genetikai elemek valójában nagyobb hatást gyakorolnak, mint azt korábban gondoltuk."

Bennünk, mint kiderült, ez a hatás nagyon korán kezdődik az életben.