어머니의 이동 유전자가 아기의 마이크로바이옴을 형성합니다.

엄마는 아기에게 사랑, 포옹, 뽀뽀 등 모든 것을 줍니다.

이 단순한 세포는 태어날 때 엄마에게서 아기에게로 이동하고 그 후 몇 달 동안 친밀한 접촉을 통해 신체의 건강한 기능과 연결된 공생 미생물의 진화하는 공동체인 어린이의 마이크로바이옴의 첫 번째 씨앗을 형성합니다. 매사추세츠 공과 대학의 브로드 연구소와 하버드 대학의 연구원들은 최근 생후 XNUMX년 동안 어머니와 아기의 미생물이 어떻게 공진화하는지에 대한 최초의 대규모 조사를 실시했습니다. 그들의 새로운 연구, 안으로 간행하는 세포 XNUMX월에는 이러한 산모의 기여가 완전한 세포에만 국한되지 않는다는 사실을 발견했습니다. 이동성 유전 요소라고 하는 작은 DNA 조각은 출생 후 몇 달이 지나도 어머니의 박테리아에서 아기의 박테리아로 건너뜁니다.

유아의 마이크로바이옴 배양에서 이전에는 볼 수 없었던 이러한 전이 방식은 성장과 발달을 촉진하는 데 중요한 역할을 할 수 있습니다. 어린이의 마이크로바이옴이 어떻게 진화하는지 이해하면 일부 어린이가 다른 어린이보다 특정 질병에 더 취약한 이유를 설명할 수 있다고 말했습니다. 빅토리아 카, 연구에 참여하지 않은 Wellcome Sanger Institute의 주요 생물정보학자.

"큰 질문입니다. 미생물을 어떻게 얻습니까?" 말했다 니콜라 세가타, 이탈리아 Trento 대학의 교수도 연구에 참여하지 않았습니다.

우리 몸에는 인간 세포만큼 많은 박테리아 세포가 있으며 대부분은 장 안에 살고 있습니다. 우리 각자는 일생 동안 획득한 매우 다양한 박테리아 종과 변종 라이브러리를 보유하고 있습니다. 그러나 아기는 거의 불임 상태로 시작합니다. 미생물의 첫 번째 주요 주입은 아기가 자궁에서 나올 때 출산하는 동안 어머니로부터 오는 것으로 생각됩니다. 그 박테리아 선물은 우리의 남은 생애 동안 우리를 지탱하는 몸에서 번성하는 미생물 군집을 위한 발판을 만듭니다. (제왕절개로 태어난 영아는 자연 분만 시 아기가 받는 것과 같은 초기 미생물 주입을 받지 못하지만 나중에 천천히 수집합니다.)

마이크로바이옴의 효과 중 하나는 생후 첫 XNUMX년 동안 숙주의 면역 체계와 신진대사를 조절하는 것이라고 Segata는 설명했습니다. 이러한 초기 훈련 기간은 "지금 당장은 여전히 ​​이해하기 어려운 장기적인 결과를 초래할 수 있습니다."라고 그는 말했습니다.

그 이유는 마이크로바이옴에 의해 만들어지는 대사물 또는 대사의 화학 산물이 특히 출생 전후 1,000일의 민감한 시기에 아기의 인지 및 면역 체계 발달에 영향을 미치는 것으로 생각되기 때문입니다. 카롤리나 자바, 새 논문의 공동 저자인 Gothenburg 대학의 내과의이자 연구원입니다.

가 이끄는 새로운 연구에서 람닉 자비에르브로드 연구소(Broad Institute)의 클라만 세포 관측소(Klarman Cell Observatory) 소장인 로저 박사는 임신 초기부터 아기의 첫 해까지 계속해서 70쌍의 엄마와 아기로부터 대변 샘플을 수집했습니다. 그런 다음 연구원들은 샘플에 존재하는 미생물과 화합물의 혼합을 조사하고 유전자 분석을 실행하여 미생물의 종과 균주가 존재하는지 확인했습니다. 이 데이터를 통해 그들은 그 시간 동안 엄마와 아기의 마이크로바이옴이 어떻게 공진화했는지 확인할 수 있었습니다.

그들이 예상한 대로 영아의 마이크로바이옴은 엄마의 마이크로바이옴과 달랐고, 식단이 마이크로바이옴에 미치는 영향은 분명했습니다. 아기들은 어머니가 갖지 못한 수백 가지의 대사 산물을 가지고 있었습니다.

팀의 큰 놀라움은 아기가 어머니에게 존재하는 유용한 박테리아 균주가 부족한 경우에도 아기의 미생물 군집에는 여전히 해당 균주에 속하는 유전자 조각이 있다는 것입니다.

"그 종이 그 일부가 되지도 않고 어떻게 유아 미생물 구성에 영향을 미칠 수 있습니까?" 자바가 말했다. 그녀와 그녀의 실험실 동료들은 이것이 한 종의 유전자가 자손에게 전달되는 대신 다른 종으로 건너뛰는 기이한 과정인 수평적 ​​유전자 전달로 설명될 수 있는지 궁금해하기 시작했습니다. 수평적 유전자 전달은 박테리아 군집 내에서 일반적입니다. 예를 들어 다양한 병원체에서 항생제 내성 유전자의 확산에 크게 기여하며 발생하는 것으로 밝혀졌습니다. 다세포 유기체에서.

그럼에도 불구하고 연구원들은 어머니의 미생물에서 아기의 미생물에 이르기까지 박테리아 군집 사이를 오가는 수백 개의 유전자를 볼 준비가 되어 있지 않았습니다. "처음에는 자신을 믿지 않는 것 중 하나입니다."라고 말했습니다. 토미 바타넨, 그는 헬싱키 대학의 연구원이자 논문의 공동 저자입니다.

연구원들은 어머니의 장에서 번성하는 박테리아가 유아의 장이라는 익숙하지 않은 환경에서 생존할 수 없을 때 수평적 유전자 전달이 가장 명백할 수 있다고 추측합니다. 모체 박테리아는 모유를 통해 또는 영아가 삼키는 방출된 포자로 영아의 몸에 들어갈 수 있습니다. 일부 박테리아는 필연적으로 어린이의 몸에 정착하지 못하고 사라집니다. 그러나 그들은 특정 유전자 서열이 더 성공적인 박테리아에 뛰어들 수 있을 만큼 충분히 오래 지속될 수 있습니다. 이러한 유전자 서열이 아기의 내장에 있는 박테리아의 게놈에 뿌리를 내리면 암호화된 기능을 가져올 수 있습니다.

"기증 세포의 일시적인 존재도 그러한 지속적인 세포에 그러한 영향을 미칠 수 있다는 사실은 정말 매력적입니다."라고 Carr는 말했습니다.

경우에 따라 이러한 홉은 박테리아에서 복제되는 휴면 바이러스인 프로파지에 의해 가능해졌을 수 있습니다. 아기 장의 스트레스가 많은 환경에서 프로파지는 활성화되어 박테리아 유전자를 가지고 박테리아 사이를 이동하기 시작할 수 있습니다.

유아 대변 샘플 분석에서 Vatanen, Jabbar 및 동료들은 명백한 예를 확인했습니다. 한 박테리아 종의 DNA에 통합된 프로파지가 몇 달 후 다른 박테리아에서 나타났습니다.

Vatanen은 “이 특정 파지가 두 개의 서로 다른 종 사이를 뛰어다녔다는 매우 설득력 있는 증거”라고 말했습니다. 연구자들은 또한 유전자가 세포 간 직접적인 접촉이나 환경으로 방출된 DNA를 삼키는 박테리아 세포를 통해 다른 방식으로 박테리아 종 사이를 호핑한다는 사실을 발견했습니다.

점프하는 유전자의 큰 그룹은 수평 유전자 전달을 가능하게 하는 세포 기계를 암호화했습니다. 다른 이동성 염기서열은 탄수화물과 아미노산 대사를 도왔으므로 박테리아에 큰 도움이 되었을 수 있습니다. 예를 들어, 그 결과는 모유에서 발견되는 탄수화물의 소화와 관련된 유전자가 이런 방식으로 어머니에서 유아에게 공유될 수 있음을 시사한다고 Jabbar는 말했습니다. 연구자들은 수평적 이동이 아기에게 직접적으로 도움이 되는지 확실히 알지 못하지만 더 유능한 장내 미생물을 조립함으로써 아기의 면역 체계 발달에 도움이 될 수 있습니다.

이러한 유전적 염기서열 중 일부는 태어난 지 몇 달 후에 새로운 박테리아에서 나타났는데, 이는 그 시간 동안 전이가 계속 발생했음을 시사합니다. 출생 전에도 전이가 발생했는지 여부는 확실하지 않지만 연구자들은 어머니의 미생물이 임신 중에 진화했음을 발견했습니다. 일부 변화는 포도당을 견딜 수 있는 신체의 능력에 영향을 미치는 것으로 보입니다. 이러한 발견은 일부 사람들이 임신 중에 발병하는 당뇨병이 마이크로바이옴과 관련이 있을 수 있음을 시사합니다.

연구자들은 영아의 대변 샘플을 채취할 때 면역 세포 샘플도 채취했습니다. 이제 그들은 이 샘플을 사용하여 이러한 이동 요소를 포함하는 박테리아를 포함하여 유아가 가지고 있는 박테리아가 면역 세포와 어떻게 상호 작용하는지 조사할 계획입니다. 이러한 실험에서 얻은 통찰은 일부 사람들이 알레르기나 자가면역 질환을 앓는 방법과 이유를 더 잘 이해할 수 있게 해줍니다.

그러한 이동성 요소의 존재는 선구적인 유전학자인 Barbara McClintock이 1940년대에 발견하여 노벨상을 받은 업적 이후로 알려졌습니다. "하지만 최근까지 그렇게 깊이 특성화된 적이 없었습니다."라고 Carr는 말했습니다. "이제 우리는 더 많은 통찰력을 얻었고 실제로 모바일 유전 요소가 이전에 인식했던 것보다 더 큰 영향을 미치고 있음을 깨닫고 있습니다."

우리에게 그 영향은 삶의 아주 초기에 시작됩니다.