การถ่ายโอนยีนแนวนอนจากแม่สู่ทารกมีอิทธิพลต่อการสร้างไมโครไบโอมในลำไส้ พัฒนาการทางระบบประสาท และการเจริญเติบโตของภูมิคุ้มกันในทารก

บทวิจารณ์โดยAimee Molineux

ในการศึกษาล่าสุดที่ตีพิมพ์ในCellนักวิจัยใช้วิธี multi-omics เพื่อกำหนดรายละเอียด microbiomes และ metabolomes ของลำไส้ของมารดาและทารกเพื่อกำหนดการแพร่กระจายของสายพันธุ์และสายพันธุ์ของแบคทีเรียในแนวตั้งและแนวนอนรวมถึงยีนแต่ละตัวและเข้าใจพลวัตของลำไส้ ไมโครไบโอมที่สร้างพัฒนาการของทารกทั้งก่อนและหลังคลอด

การศึกษา: องค์ประกอบทางพันธุกรรมที่เคลื่อนที่ได้จากการรวมตัวของจุลินทรีย์ในลำไส้ของทารกในมารดาและการเผาผลาญอาหาร  เครดิตรูปภาพ: Design_Cells/Shutterstock

การศึกษา: องค์ประกอบทางพันธุกรรมที่เคลื่อนที่ได้จากการรวมตัวของจุลินทรีย์ในลำไส้และเมแทบอลิซึมของทารกที่มีรูปร่างเป็นไมโครไบโอมของมารดา เครดิตรูปภาพ: สล็อต Design_Cells/Shutterstock

พื้นหลัง

การแพร่เชื้อในแนวตั้งของแบคทีเรียในลำไส้จากแม่สู่ลูกในครรภ์ระหว่างตั้งครรภ์และการถ่ายโอนจุลินทรีย์ในแนวนอนผ่านทางน้ำนมแม่มีบทบาทสำคัญในพัฒนาการทางร่างกายและสติปัญญาของทารกหลังคลอด การศึกษาแสดงให้เห็นความสัมพันธ์ระหว่างองค์ประกอบของจุลินทรีย์ในลำไส้ของน้ำนมแม่กับการพัฒนาของระบบภูมิคุ้มกันของทารก ตลอดจนสภาวะภูมิคุ้มกันทำลายตนเองและอาการแพ้ นอกจากนี้ โรคภูมิแพ้และโรคภูมิต้านตนเองยังเชื่อมโยงกับโปรตีนจากภายนอกในนมผงดัดแปลงสำหรับทารกอีกด้วย

เมตาบอไลต์ที่ผลิตโดยจุลินทรีย์ในลำไส้ยังเกี่ยวข้องกับพัฒนาการทางสติปัญญาของทารกด้วย อย่างไรก็ตาม การพัฒนาของไมโครไบโอมในลำไส้และเมแทบอลิซึมในระยะปริกำเนิดและบทบาทในการพัฒนาของทารกยังไม่ชัดเจน

เกี่ยวกับการศึกษา

ในการศึกษาครั้งนี้ นักวิจัยใช้ตัวอย่างซีรั่มของทารกและตัวอย่างอุจจาระที่เก็บตามยาวจากมารดา 137 คนและทารก 74 คน รวมทั้งมารดาและทารก 70 คู่ ตัวอย่างถูกนำไปวิเคราะห์ที่หลากหลาย รวมถึงการหาลำดับเมตาโกโนมิกเชิงลึก การทดสอบเพื่อวัดไซโตไคน์ที่ไหลเวียน เครื่องหมายการอักเสบในลำไส้ และการซึมผ่านของลำไส้ ตลอดจนการทำโปรไฟล์ที่ไม่ตรงเป้าหมายของเมแทบอไลต์ในอุจจาระ

ประเมินการเปลี่ยนแปลงและความสัมพันธ์ระหว่างโปรไฟล์เมแทบอโลมิกและเมตาโกโนมิกของมารดาและทารกเมื่อเวลาผ่านไป วิธีการสองวิธีถูกนำมาใช้ในการวิเคราะห์ข้อมูลเมแทบอโลมิก - มาตรฐานอ้างอิงถูกนำมาใช้เพื่ออธิบายจุดสูงสุด และอัตราส่วนมวลต่อประจุถูกแมปกับฐานข้อมูลเมแทบอโลมของมนุษย์เพื่อระบุคุณลักษณะเมแทบอโลมิกของสารประกอบที่มีลักษณะเฉพาะ

นอกจากนี้ยังทำการวิเคราะห์ single nucleotide polymorphism (SNP) haplotypes ของแบคทีเรียสายพันธุ์เด่นเพื่อระบุสายพันธุ์ที่เหมือนกันระหว่างมารดาและทารก มีการบันทึกเหตุการณ์ที่รวมถึงการปรากฏตัวของสายพันธุ์เหล่านี้ในไมโครไบโอมในลำไส้ของทารก นอกจากนี้ยังวิเคราะห์อิทธิพลของความอุดมสมบูรณ์สัมพัทธ์ของสปีชีส์จุลินทรีย์ในลำไส้ของมารดาที่มีต่อโครงสร้างไมโครไบโอมในลำไส้ของทารกเพื่อพิจารณาถึงการมีส่วนร่วมของมารดาในการประกอบไมโครไบโอมในลำไส้ของทารก

คู่ของมารดาและทารกที่ติดกันซึ่งมียีนของจุลินทรีย์ในลำไส้ร่วมกันได้รับการจัดตำแหน่งเป็นคู่เพื่อยืนยันการถ่ายโอนยีนระหว่างมารดาและทารก ยีนที่ใช้ร่วมกันถูกแมปกับฐานข้อมูลเช่น uniprot, Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes และวิวัฒนาการลำดับวงศ์ตระกูลของยีน: Non-supervised Orthologous Groups (eggNOG) เพื่อตรวจสอบความเกี่ยวข้องของยีนกับฟังก์ชันที่เกี่ยวข้องกับโมบิโลม เช่น การผันคำกริยาและการถ่ายโอนในยีนแนวนอน โอนย้าย. ความอุดมสมบูรณ์ทางชีวภาพและความชุกของยีนจุลินทรีย์ถูกคำนวณเพื่อทำความเข้าใจเพิ่มเติมเกี่ยวกับความเกี่ยวข้องของการถ่ายโอนยีนข้ามสายพันธุ์จากแม่สู่ลูก

มีการเปรียบเทียบโปรไฟล์เมแทบอโลมิกของมารดาและทารก และตรวจสอบคุณลักษณะเฉพาะของทารกในโปรไฟล์เมแทบอโลมิกเพื่อกำหนดรูปแบบตามยาว นอกจากนี้ยังใช้แมสสเปกโตรเมตรีควบคู่กันเพื่อกำหนดความสัมพันธ์ระหว่างน้ำนมแม่และเมตาโบโลมของทารก ผลของอาหารต่อทารกถูกตรวจสอบโดยการเปรียบเทียบเมทาโกโนมิกและเมแทบอโลมิกโปรไฟล์และตัวบ่งชี้การอักเสบในระบบและลำไส้ของทารกที่กินนมแม่กับทารกที่ได้รับไฮโดรไลซ์หรือสูตรปกติ

ผล

ผลลัพธ์รายงานการถ่ายโอนจำนวนมากจากแม่สู่ทารกขององค์ประกอบทางพันธุกรรมเคลื่อนที่ซึ่งมักเกี่ยวข้องกับยีนที่เกี่ยวข้องกับการดัดแปลงที่เกี่ยวข้องกับอาหาร ความหลากหลายของเมแทบอลิซึมของทารกต่ำกว่าของมารดา แต่เมตาโบไลต์ของทารกมีการเชื่อมโยงของจุลินทรีย์และเมแทบอไลต์ใหม่จำนวนมากและสารเมแทบอไลต์เฉพาะที่ไม่พบในเมตาโบไลต์ของมารดา การเชื่อมโยงอย่างหนึ่งที่มีลักษณะเฉพาะสำหรับเมตาบอลิซึมของทารกคือความสัมพันธ์แบบผกผันระหว่างBifidobacterium longumและ inosine ซึ่งมีคุณสมบัติในการกระตุ้นภูมิคุ้มกันและป้องกันระบบประสาท

ตัวบ่งชี้การอักเสบ เช่น ลายเซ็นของไซโตไคน์ และโปรไฟล์เมแทบอลิซึมของทารกที่กินนมแม่มีความแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญเมื่อเปรียบเทียบกับทารกที่ได้รับสูตรปกติที่ไฮโดรไลซ์แบบไม่เข้มข้น ทารกที่ได้รับนมแม่มีตัวบ่งชี้การอักเสบของลำไส้เพิ่มขึ้น เช่น beta-defensin 2 และ fetal calprotectin ซึ่งมีความสัมพันธ์แบบผกผันกับตัวบ่งชี้การอักเสบ นอกจากนี้ จุลินทรีย์ที่พบในน้ำนมแม่ยังมีความสัมพันธ์เชิงบวกกับสารอีโคซานอยด์และสารไกล่เกลี่ยการอักเสบในลำไส้อื่นๆ ในทารก ทารกที่กินนมแม่มีการเจริญเติบโตของภูมิคุ้มกันตั้งแต่เนิ่นๆ ส่งผลให้ภูมิต้านทานเพิ่มขึ้น

โปรไฟล์การเผาผลาญยังเผยให้เห็นถึงการเปลี่ยนแปลงของกรดน้ำดีในอุจจาระในหญิงตั้งครรภ์ ซึ่งสัมพันธ์กับการผันทอรีนที่เพิ่มขึ้น จุลินทรีย์ในลำไส้แสดงให้เห็นการเพิ่มขึ้นของ Bilophila wadsworthia ซึ่งเป็นแบคทีเรียสายพันธุ์ที่ช่วยลดซัลเฟตและย่อยสลายทอรีน

ข้อสรุป

โดยรวมแล้ว ผลการวิจัยรายงานว่าจุลินทรีย์ในมารดาและปัจจัยด้านอาหารมีอิทธิพลต่อการพัฒนาร่วมกันของไมโครไบโอมและเมแทบอลิซึมของทารก และส่งผลต่อพัฒนาการทางระบบประสาทและการเจริญเติบโตของภูมิคุ้มกัน นอกจากนี้ อิทธิพลของมารดาต่อไมโครไบโอมในลำไส้และกิจกรรมเมแทบอลิซึมของทารกยังถูกนำไปใช้ผ่านการถ่ายโอนยีนแนวนอนข้ามสายพันธุ์จากแม่สู่ทารก นอกจากนี้ การระบุปฏิสัมพันธ์ของจุลินทรีย์กับเมแทบอไลต์เฉพาะสำหรับทารกบ่งชี้ว่าจุลินทรีย์มีบทบาทสำคัญในการพัฒนาในระยะแรก ซึ่งจำเป็นต้องสำรวจเพิ่มเติม