גנים ניידים מהאם מעצבים את המיקרוביום של התינוק

אמא נותנת לתינוק שלה את הכל: אהבה, חיבוקים, נשיקות... וצבא איתן של חיידקים.

התאים הפשוטים הללו, המטיילים מאם לתינוק בלידה ובחודשי המגע האינטימי שלאחר מכן, יוצרים את הזרעים הראשונים של המיקרוביום של הילד - הקהילה המתפתחת של מיקרואורגניזמים סימביוטיים הקשורים לתפקוד בריא של הגוף. חוקרים ממכון ברוד של המכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס ואוניברסיטת הרווארד ערכו לאחרונה את הסקר הראשון בקנה מידה גדול של האופן שבו המיקרוביום של האם והתינוק שלה מתפתחים יחד במהלך שנת החיים הראשונה. המחקר החדש שלהם, פורסם ב תא בדצמבר גילה שהתרומות האימהיות הללו אינן מוגבלות לתאים שלמים. קטעים קטנים של DNA הנקראים אלמנטים גנטיים ניידים קופצים מהחיידקים של האם לחיידקים של התינוק, אפילו חודשים לאחר הלידה.

אופן העברה זה, שמעולם לא נראה בעבר בטיפוח המיקרוביום של התינוק, יכול למלא תפקיד מכריע בקידום הצמיחה וההתפתחות. הבנת כיצד מתפתח המיקרוביום של ילד יכולה להסביר מדוע ילדים מסוימים נוטים למחלות מסוימות יותר מאחרות, אמר ויקטוריה קאר, ביואינפורמטיקאי ראשי במכון Wellcome Sanger שלא היה חלק מהמחקר.

"זו שאלה גדולה: איך אנחנו משיגים את החיידקים שלנו?" אמר ניקולה סגטה, פרופסור באוניברסיטת טרנטו באיטליה שגם הוא לא היה חלק מהמחקר.

גופנו הוא ביתם של תאים חיידקיים רבים כמו תאים אנושיים, ורובם חיים בתוך המעיים שלנו. כל אחד מאיתנו מכיל ספריות מגוונות מאוד של זנים וזנים של חיידקים שנרכשו במהלך החיים. אבל תינוקות מתחילים כמעט סטריליים. ההערכה היא שהעירוי הגדול הראשון של חיידקים מגיע מהאם במהלך הלידה כאשר התינוק יוצא מהרחם. המתנה החיידקית הזו יוצרת את הפיגומים לקהילה מיקרוביאלית משגשגת בגוף שמקיימת אותנו לשארית חיינו. (תינוקות שנולדו בניתוח קיסרי אינם מקבלים את אותה עירוי ראשוני של חיידקים שמקבלים תינוקות מלידה נרתיקית, אך הם אוספים אותם לאט מאוחר יותר.)

אחת ההשפעות של המיקרוביום, הסביר Segata, היא תנאי מערכת החיסון וחילוף החומרים של המארח שלו במהלך השנים הראשונות לחייו. לימי ההכשרה הראשוניים הללו "יכולות להיות השלכות ארוכות טווח שכרגע עדיין קשה להבין אותן", אמר.

הסיבה לכך היא שהמטבוליטים, או התוצרים הכימיים של חילוף החומרים, המיוצרים על ידי המיקרוביום, נחשבים כמשפיעים על ההתפתחות הקוגניטיבית והמערכת החיסונית של התינוק, במיוחד במהלך תקופה רגישה ב-1,000 הימים שלפני ואחרי הלידה. קרולינה ג'באר, רופא פנימי וחוקר באוניברסיטת גטבורג שהוא מחבר מוביל במאמר החדש.

במחקר החדש, בראשות רמניק חאווייר, מנהל מצפה התאים של קלרמן במכון ברוד, החוקרים אספו דגימות צואה מ-70 זוגות של אמהות ותינוקותיהן, החל בתחילת ההריון ועד לשנה הראשונה של התינוק. לאחר מכן סקרו החוקרים את תמהיל החיידקים והתרכובות הקיימות בדגימות והריצו ניתוחים גנטיים כדי לקבוע אילו מינים ואילו זנים של חיידקים קיימים. בעזרת הנתונים הללו, הם יכלו לראות כיצד המיקרוביום של האמהות והתינוקות התפתחו יחד במהלך אותה תקופה.

כפי שהם ציפו, המיקרוביום של התינוקות היה שונה משל אמהותיהם, והשפעת התזונה על המיקרוביום שלהם הייתה ברורה. לתינוקות היו מאות מטבוליטים שלאמהותיהם לא היו.

ההפתעה הגדולה של הצוות הייתה שגם כאשר לתינוק היו חסרים זני חיידקים שימושיים הקיימים באם, עדיין היו במיקרוביום של התינוק קטעי גנים השייכים לאותם זנים.

"כיצד המין יכול להשפיע על הרכב החיידקים של תינוקות מבלי להיות חלק ממנו?" אמר ג'באר. היא וחבריה למעבדה התחילו לתהות אם ניתן להסביר זאת על ידי העברת גנים אופקית, תהליך מוזר שבו גנים ממין אחד קופצים למין אחר במקום לעבור לצאצא. העברות גנים אופקיות שכיחות בתוך קהילות של חיידקים - הן תורמות רבות להתפשטות של גנים עמידים לאנטיביוטיקה במגוון פתוגנים, למשל - ונמצא גם שהן מתרחשות באורגניזמים רב-תאיים.

ובכל זאת, החוקרים לא היו מוכנים לראות מאות גנים מדלגים בין קהילות חיידקים - מהמיקרוביום של האם ועד לתינוק. "זה אחד מהדברים שאתה לא מאמין בעצמך בהתחלה", אמר טומי ותנן, שהוא עמית מחקר באוניברסיטת הלסינקי ומחבר מוביל במאמר.

החוקרים משערים שהעברת גנים אופקית עשויה להיות ברורה ביותר כאשר חיידקים המשגשגים במעי האם אינם יכולים לשרוד בסביבה הלא מוכרת של המעי של התינוק. חיידקים אימהיים עשויים לחדור לגופו של התינוק דרך חלב אם או כנבגים משוחררים שהתינוק בולע. חלק מהחיידקים יכשלו בהכרח להתיישב בגופו של הילד וייעלמו. אבל הם עשויים להימשך מספיק זמן כדי שרצפי גנים מסוימים יקפוץ לתוך חיידקים מוצלחים יותר. אם הרצפים הגנטיים האלה משתרשים בגנום של חיידקים בתוך המעי של התינוק, הם יכולים להביא לידי ביטוי את הפונקציות שהם מקודדים.

"העובדה שאפילו קיום חולף של תא תורם יכול להשפיע כל כך על אותם מתמשכים היא באמת מרתקת", אמר קאר.

במקרים מסוימים, הכשות הזו התאפשרה על ידי פרופאגים - וירוסים רדומים המשכפלים בחיידקים. בסביבה המלחיצה של המעי של התינוק, הפרופאג'ים עשויים להיות פעילים ולהתחיל לנוע בין חיידקים, לשאת איתם גנים חיידקיים משובצים.

בניתוח שלהם של דגימות צואה של תינוקות, ותנן, ג'באר ועמיתיהם זיהו דוגמה נראית לעין: נביא ששולב ב-DNA של מין חיידק אחד הופיע בחיידק אחר חודשים מאוחר יותר.

"זו עדות די משכנעת שהפאג' הספציפי הזה קפץ בין שני מינים שונים", אמר ותנן. החוקרים מצאו גם שגנים קפצו בין מיני חיידקים בדרכים אחרות, כמו מגע ישיר בין תא לתא או דרך תא חיידקי הבולע את ה-DNA המשתחרר לסביבה.

קבוצה גדולה אחת של גנים שקפצה קידדה את המנגנון הסלולרי שמאפשר העברות גנים אופקיות. רצפים ניידים אחרים עזרו לחילוף החומרים של פחמימות וחומצות אמינו, ולכן אולי הועיל מאוד לחיידקים. לדוגמה, התוצאות מצביעות על כך שגנים הקשורים לעיכול פחמימות שנמצאו בחלב אם עשויים להיות משותפים מאמהות לתינוקות בדרך זו, אמרה ג'באר. החוקרים אינם יודעים בוודאות שההעברות האופקיות מועילות לתינוק באופן ישיר, אך על ידי הרכבת מיקרוביום מעי בעל יכולת גבוהה יותר, הם עשויים לסייע בפיתוח מערכת החיסון של התינוק.

חלק מהרצפים הגנטיים הללו הופיעו בחיידקים חדשים חודשים לאחר הלידה, מה שמצביע על כך שההעברות המשיכו להתרחש בתקופה זו. לא ברור אם העברות התרחשו גם לפני הלידה, אבל החוקרים מצאו שהמיקרוביום של האם התפתח במהלך ההריון. נראה כי חלק מהשינויים ישפיעו על יכולת הגוף לסבול גלוקוז. ממצאים אלה מצביעים על כך שסוכרת שחלק מהאנשים מפתחים בהריון יכולה להיות קשורה למיקרוביום.

כאשר החוקרים אספו דגימות צואה מהתינוקות, הם גם לקחו דגימות מתאי החיסון שלהם. כעת הם מתכננים להשתמש בדגימות הללו כדי לבחון כיצד החיידקים שתינוקות נושאים, כולל אותם חיידקים המכילים את האלמנטים הניידים הללו, מתקשרים עם תאי החיסון. תובנות מהניסויים הללו יכולות להוביל להבנה טובה יותר של איך ולמה אנשים מסוימים מפתחים אלרגיות או מחלות אוטואימוניות.

קיומם של אלמנטים ניידים כאלה ידוע מאז שהגנטיקאית החלוצה ברברה מקלינטוק גילתה אותם בשנות ה-1940, הישג שעליו זכתה בפרס נובל. "אבל זה מעולם לא אופיינה לעומק כזה עד לאחרונה", אמר קאר. "עכשיו, כשאנחנו מקבלים יותר תובנות, אנחנו מבינים שלמעשה, לאלמנטים גנטיים ניידים יש השפעה גדולה יותר ממה שהבנו בעבר."

אצלנו, מסתבר, ההשפעה מתחילה מוקדם מאוד בחיים.