Anneden Gelen Mobil Genler Bebeğin Mikrobiyomunu Şekillendiriyor

Bir anne bebeğine her şeyini verir: sevgi, kucaklamalar, öpücükler… ve sağlam bir bakteri ordusu.

Doğumda ve onu takip eden yakın temas aylarında anneden bebeğe yolculuk eden bu basit hücreler, çocuğun mikrobiyomunun ilk tohumlarını oluşturur - vücudun sağlıklı işleyişine bağlı gelişen simbiyotik mikroorganizma topluluğu. Massachusetts Institute of Technology ve Harvard Üniversitesi'nin Broad Enstitüsü'ndeki araştırmacılar, yakın zamanda bir annenin ve bebeğinin mikrobiyomlarının yaşamın ilk yılında nasıl birlikte geliştiğine dair ilk büyük ölçekli araştırmayı gerçekleştirdiler. Onların yeni çalışması, yayınlanan Hücre Aralık ayında, bu anne katkılarının tam hücrelerle sınırlı olmadığını buldu. Mobil genetik elementler adı verilen küçük DNA parçaları, doğumdan aylar sonra bile annenin bakterisinden bebeğin bakterisine sıçrar.

Bir bebeğin mikrobiyomunun yetiştirilmesinde daha önce hiç görülmemiş olan bu aktarım tarzı, büyüme ve gelişmeyi desteklemede çok önemli bir rol oynayabilir. Bir çocuğun mikrobiyomunun nasıl geliştiğini anlamak, bazı çocukların neden bazı hastalıklara diğerlerinden daha yatkın olduğunu açıklayabilir. Victoria CarrWellcome Sanger Enstitüsü'nde çalışmanın bir parçası olmayan baş biyoinformatikçi.

"Bu büyük bir soru: Mikroplarımızı nasıl alırız?" dedim Nicola Segata, İtalya'daki Trento Üniversitesi'nde çalışmanın bir parçası olmayan bir profesör.

Vücudumuz, insan hücreleri kadar bakteri hücresine ev sahipliği yapar ve bunların çoğu bağırsaklarımızda yaşar. Her birimiz, yaşam boyunca edinilen çok çeşitli bakteri türleri ve suşları kütüphaneleri barındırırız. Ancak bebekler neredeyse kısır başlar. Mikropların ilk büyük infüzyonunun, doğum sırasında bebek rahimden çıkarken anneden geldiği düşünülmektedir. Bu bakteriyel hediye, vücutta bizi hayatımızın geri kalanında besleyen gelişen bir mikrobiyal topluluk için yapı iskelesini oluşturur. (Sezaryen ile doğan bebekler, bebeklerin vajinal doğumdan aldıkları ilk mikrop infüzyonunu almazlar, ancak daha sonra onları yavaş yavaş toplarlar.)

Segata'nın açıkladığı gibi, mikrobiyomun etkilerinden biri, yaşamlarının ilk birkaç yılı boyunca konağının bağışıklık sistemini ve metabolizmasını şartlandırmak. Bu ilk eğitim günlerinin "şu anda anlaşılması hala zor olan uzun süreli sonuçları olabilir" dedi.

Bunun nedeni, mikrobiyom tarafından yapılan metabolitlerin veya metabolizmanın kimyasal ürünlerinin, özellikle doğumdan önceki ve sonraki 1,000 gün gibi hassas bir dönemde bebeğin bilişsel ve bağışıklık sistemi gelişimini etkilediğinin düşünülmesidir. Karolina CabbarGothenburg Üniversitesi'nde dahiliyeci ve araştırmacı olan ve yeni makalenin yardımcı yazarlarından biri olan Dr.

liderliğindeki yeni çalışmada, Ramnik XavierBroad Enstitüsü'ndeki Klarman Hücre Gözlemevi'nin direktörü olan araştırmacılar, hamileliğin erken döneminden başlayıp bebeğin birinci yılına kadar devam eden 70 çift anne ve bebeklerinden dışkı örnekleri topladılar. Araştırmacılar daha sonra örneklerde bulunan mikrop ve bileşik karışımını incelediler ve hangi türlerin ve hangi mikrop suşlarının mevcut olduğunu belirlemek için genetik analizler yaptılar. Bu verilerle, annelerin ve bebeklerin mikrobiyomlarının bu süre zarfında nasıl birlikte geliştiğini görebildiler.

Bekledikleri gibi, bebeklerin mikrobiyomları annelerininkinden farklıydı ve diyetin mikrobiyomları üzerindeki etkisi açıktı. Bebeklerde annelerinde olmayan yüzlerce metabolit vardı.

Ekip için en büyük sürpriz, bir bebekte annede mevcut yararlı bakteri suşları olmadığında bile, bebeğin mikrobiyomunun bu suşlara ait gen parçacıklarına sahip olmasıydı.

"Türler, bebeğin mikrobiyal bileşimini, onun bir parçası bile olmadan nasıl etkileyebilir?" Cabbar dedi. O ve laboratuvar arkadaşları bunun yatay gen aktarımıyla açıklanıp açıklanamayacağını merak etmeye başladılar. Yatay gen transferleri, bakteri topluluklarında yaygındır - örneğin, çeşitli patojenlerde antibiyotiğe dirençli genlerin yayılmasına büyük ölçüde katkıda bulunurlar - ve ayrıca meydana geldikleri bulunmuştur. çok hücreli organizmalarda.

Yine de araştırmacılar, annenin mikrobiyomundan bebeğe kadar bakteri toplulukları arasında gidip gelen yüzlerce gen görmeye hazır değildi. "İlk başta kendinize inanmadığınız şeylerden biri," dedi Tommi VatanenHelsinki Üniversitesi'nde araştırma görevlisi ve makalenin yardımcı yazarıdır.

Araştırmacılar, yatay gen transferlerinin, annenin bağırsağında gelişen bakterilerin, bebeğin bağırsağındaki alışılmadık ortamda hayatta kalamadığı zaman en belirgin olabileceğini düşünüyor. Anne bakterileri bebeğin vücuduna anne sütü yoluyla veya bebeğin yuttuğu salınan sporlar olarak girebilir. Bazı bakteriler kaçınılmaz olarak çocuğun vücudunu kolonize edemez ve yok olur. Ancak, belirli gen dizilerinin daha başarılı bakterilere dönüşmesine yetecek kadar uzun sürebilirler. Bu genetik diziler, bebeğin bağırsağında bulunan bakterilerin genomlarında kök saldığı takdirde kodladıkları işlevleri yerine getirebilirler.

Carr, "Bir donör hücrenin geçici varlığının bile kalıcı olanlar üzerinde böyle bir etkiye sahip olabilmesi gerçekten büyüleyici" dedi.

Bazı durumlarda, bu atlamalar, bakterilerde çoğalan uyuyan virüsler olan profajlar tarafından mümkün kılınmış olabilir. Bebeğin bağırsağının stresli ortamında, profajlar aktif hale gelebilir ve yanlarında gömülü bakteri genleri taşıyarak bakteriler arasında hareket etmeye başlayabilir.

Vatanen, Jabbar ve meslektaşları, bebek dışkı örnekleri üzerinde yaptıkları analizde bariz bir örnek belirlediler: Bir bakteri türünün DNA'sına entegre olan bir kehanet, aylar sonra farklı bir bakteride ortaya çıktı.

Vatanen, "Bu özel fajın iki farklı tür arasında sıçradığına dair oldukça inandırıcı bir kanıt" dedi. Araştırmacılar ayrıca, genlerin bakteri türleri arasında doğrudan hücreden hücreye temas yoluyla veya çevreye salınan DNA'yı yutan bir bakteri hücresi aracılığıyla başka şekillerde sıçradığını da buldular.

Sıçrayan büyük bir gen grubu, yatay gen transferlerini mümkün kılan hücresel makineyi kodladı. Diğer hareketli sekanslar, karbonhidrat ve amino asit metabolizmasına yardımcı oldu ve bu nedenle bakterilere büyük fayda sağlamış olabilir. Örneğin, sonuçlar, anne sütünde bulunan karbonhidratların sindirimi ile ilgili genlerin annelerden bebeklere bu şekilde paylaşılabileceğini gösteriyor, dedi Jabbar. Araştırmacılar, yatay transferlerin bebeğe doğrudan fayda sağlayıp sağlamadığını kesin olarak bilmiyorlar, ancak daha yetenekli bir bağırsak mikrobiyomu oluşturarak bebeğin bağışıklık sisteminin gelişmesine yardımcı olabilirler.

Bu genetik dizilerin bazıları doğumdan aylar sonra yeni bakterilerde ortaya çıktı, bu da transferlerin bu süre zarfında gerçekleşmeye devam ettiğini gösteriyor. Transferlerin doğumdan önce de olup olmadığı net değil, ancak araştırmacılar annenin mikrobiyomunun hamilelik sırasında evrimleştiğini buldular. Bazı değişikliklerin vücudun glikozu tolere etme yeteneğini etkilemesi muhtemel görünüyordu. Bu bulgular, bazı kişilerin hamileyken geliştirdiği diyabetin mikrobiyomla bağlantılı olabileceğini düşündürmektedir.

Araştırmacılar bebeklerden dışkı örnekleri alırken, aynı zamanda bağışıklık hücrelerinin örneklerini de aldılar. Şimdi bu örnekleri, bu hareketli elementleri içeren bakteriler de dahil olmak üzere bebeklerin taşıdığı bakterilerin bağışıklık hücreleriyle nasıl etkileşime girdiğini incelemek için kullanmayı planlıyorlar. Bu deneylerden elde edilen içgörüler, bazı insanların nasıl ve neden alerji veya otoimmün hastalıkları geliştirdiğinin daha iyi anlaşılmasına yol açabilir.

Bu tür hareketli elementlerin varlığı, öncü genetikçi Barbara McClintock'un 1940'larda keşfettiği ve bu başarısıyla Nobel Ödülü kazandığından beri bilinmektedir. Carr, "Ama yakın zamana kadar hiç bu kadar derinlemesine karakterize edilmemişti" dedi. "Artık daha fazla içgörü elde ettiğimize göre, aslında mobil genetik unsurların daha önce fark ettiğimizden daha büyük bir etkiye sahip olduğunu fark ediyoruz."

Bizde, bu etkinin yaşamın çok erken dönemlerinde başladığı ortaya çıktı.