母親の可動性遺伝子が赤ちゃんのマイクロバイオームを形作る

母親は赤ちゃんにすべてを与えます: 愛、抱擁、キス…そして頑丈なバクテリアの軍隊。

これらの単純な細胞は、誕生時とその後の数か月の親密な接触の間に母親から赤ちゃんへと移動し、子供のマイクロバイオームの最初の種を形成します。 マサチューセッツ工科大学ブロード研究所とハーバード大学の研究者は最近、生後 XNUMX 年の間に母親と乳児のマイクロバイオームがどのように共進化するかについて、初めての大規模な調査を実施しました。 彼らの新しい研究、 に発表されました セル XNUMX 月に、これらの母親の貢献は完全な細胞に限定されないことがわかりました。 可動遺伝要素と呼ばれる DNA の小さな断片は、生後数か月であっても、母親のバクテリアから赤ちゃんのバクテリアに飛び移ります。

乳児のマイクロバイオームの培養ではこれまで見られなかったこの伝達方法は、成長と発達を促進する上で重要な役割を果たす可能性があります。 子供のマイクロバイオームがどのように進化するかを理解することで、一部の子供が他の子供よりも特定の病気にかかりやすい理由を説明できる可能性があります。 ビクトリア・カーウェルカム・サンガー研究所の主任バイオインフォマティシャンであり、この研究には参加していません。

「それは大きな問題です。どうやって微生物を手に入れるのですか?」 言った 瀬形ニコラ、イタリアのトレント大学の教授も研究に参加していませんでした。

私たちの体には、人間の細胞とほぼ同じ数の細菌細胞があり、そのほとんどは腸内に住んでいます。 私たち一人一人は、生涯を通じて獲得した細菌の種と菌株の非常に多様なライブラリを保有しています。 しかし、赤ちゃんはほとんど無菌状態から始まります。 微生物の最初の大量注入は、出生時に乳児が子宮を出るときに母親からもたらされると考えられています。 そのバクテリアの贈り物は、私たちの残りの人生を支えてくれる体内の微生物群集の足場を作ります。 （帝王切開で生まれた乳児は、赤ちゃんが経膣分娩から得たのと同じ微生物の最初の注入を受けませんが、後でゆっくりとそれらを集めます. ）

せがた氏によると、マイクロバイオームの効果の XNUMX つは、生後数年の間に宿主の免疫系と代謝を調整することです。 これらの最初のトレーニングの日々は、「今でも理解するのが難しい長期にわたる結果をもたらす可能性があります」と彼は言いました.

それは、マイクロバイオームによって作られる代謝物、または代謝の化学生成物が、特に出生前後1,000日間の敏感な時期に、赤ちゃんの認知および免疫システムの発達に影響を与えると考えられているからです. カロリーナ・ジャバー新しい論文の共同筆頭著者であるヨーテボリ大学の内科医兼研究者。

新しい研究では、 ラムニク・ザビエルBroad Institute の Klarman Cell Observatory のディレクターである研究者らは、70 組の母親と赤ちゃんから便のサンプルを収集しました。 次に、研究者は、サンプルに存在する微生物と化合物の混合を調査し、遺伝子分析を実行して、存在する微生物の種と株を特定しました。 このデータを使用して、母親と赤ちゃんのマイクロバイオームがその間にどのように共進化したかを確認できました。

彼らが予想したように、乳児のマイクロバイオームは母親のものとは異なり、マイクロバイオームに対する食事の影響は明らかでした. 乳児は、母親が持っていない何百もの代謝物を持っていました.

チームにとって大きな驚きは、赤ちゃんが母親に存在する有用な細菌株を欠いていたとしても、赤ちゃんのマイクロバイオームにはそれらの株に属する遺伝子の断片がまだ残っていたことでした.

「その種は、乳児の微生物組成の一部でさえないのに、どのように影響を与えることができるでしょうか?」 ジャバーは言った。 彼女と研究室の仲間は、これが水平遺伝子伝達によって説明できるのではないかと考え始めました。これは、遺伝子が子孫に受け継がれるのではなく、ある種の遺伝子が別の種に飛び移る奇妙なプロセスです。 遺伝子の水平伝達は、細菌群集内では一般的であり、たとえば、さまざまな病原体における抗生物質耐性遺伝子の拡散に大きく貢献しています。 多細胞生物で.

それでも、研究者たちは、母親のマイクロバイオームから赤ちゃんのマイクロバイオームまで、細菌群集の間で何百もの遺伝子が飛び交うのを見る準備ができていませんでした. 「それは、最初は信じられないことの XNUMX つです」と彼は言いました。 トミ・バタネンヘルシンキ大学のリサーチフェローであり、論文の共同筆頭著者である。

研究者たちは、母親の腸内で繁殖する細菌が乳児の腸内の不慣れな環境で生き残れない場合に、遺伝子の水平伝達が最も明白になる可能性があると推測しています。 母体の細菌は、母乳を通じて、または乳児が飲み込んだ放出された胞子として乳児の体内に侵入する可能性があります。 一部の細菌は、必然的に子供の体にコロニーを形成できず、消滅します。 しかし、特定の遺伝子配列がより成功したバクテリアにホップするのに十分長く続くかもしれません. これらの遺伝子配列が赤ちゃんの腸内の細菌のゲノムに根付くと、それらがコードする機能を引き継ぐことができます。

「ドナー細胞の一時的な存在でさえ、それらの永続的な細胞にそのような影響を与えることができるという事実は本当に魅力的です」とカーは言いました.

場合によっては、これらのホップはプロファージ (バクテリアで複製する休眠ウイルス) によって可能になった可能性があります。 赤ちゃんの腸のストレスの多い環境では、プロファージが活発になり、バクテリア間を移動し始め、バクテリアの遺伝子が埋め込まれている可能性があります.

Vatanen、Jabbar、および彼らの同僚は、乳児の糞便サンプルの分析で明らかな例を特定しました。ある細菌種の DNA に組み込まれたプロファージが、数か月後に別の細菌に現れました。

「この特定のファージが XNUMX つの異なる種の間を行き来したことは、非常に説得力のある証拠です」と Vatanen 氏は述べています。 研究者らはまた、遺伝子が他の方法で細菌種間を移動することも発見しました。たとえば、直接的な細胞間接触や、環境に放出された DNA を細菌細胞が飲み込むことなどです。

ジャンプした遺伝子の大きなグループの XNUMX つは、遺伝子の水平伝達を可能にする細胞機構をコードしていました。 他の可動配列は炭水化物とアミノ酸の代謝を助け、したがってバクテリアに大きな利益をもたらした可能性があります。 たとえば、この結果は、母乳に含まれる炭水化物の消化に関連する遺伝子が、このように母親から乳児に共有される可能性があることを示唆している、と Jabbar 氏は述べた。 研究者たちは、水平移行が赤ちゃんに直接利益をもたらすかどうかは確かではありませんが、より有能な腸内微生物叢を組み立てることによって、赤ちゃんの免疫システムの発達を助ける可能性があります.

これらの遺伝子配列の一部は、生後数か月で新たなバクテリアに現れました。 出産前に移植が行われていたかどうかは明らかではありませんが、研究者は母親のマイクロバイオームが妊娠中に進化したことを発見しました. 変更のいくつかは、体の耐糖能に影響を与える可能性が高いと思われました. これらの発見は、妊娠中に発症する糖尿病がマイクロバイオームに関連している可能性があることを示唆しています.

研究者は乳児から便のサンプルを採取する際、免疫細胞のサンプルも採取しました。 現在、彼らはこれらのサンプルを使用して、これらの可動要素を含むバクテリアを含む、乳児が運ぶバクテリアが免疫細胞とどのように相互作用するかを調べることを計画しています. これらの実験からの洞察は、一部の人々がアレルギーや自己免疫疾患を発症する方法と理由をよりよく理解することにつながる可能性があります.

そのような可動要素の存在は、先駆的な遺伝学者バーバラ・マクリントックが 1940 年代にそれらを発見して以来知られており、彼女はその業績でノーベル賞を受賞しました。 「しかし、最近まで、これほど深く特徴付けられたことはありませんでした」と Carr 氏は言います。 「より多くの洞察が得られるようになった今、実際には、可動性の遺伝的要素が以前に認識していたよりも大きな影響を与えていることに気付きました.」

私たちの場合、その影響は人生の非常に早い時期に始まります。