Вчені пояснюють, як вживання в їжу різноманітних продуктів знижує ризик хронічних захворювань
Стаття
У нещодавньому дослідженні, опублікованому в журналі Nature Communications, команда дослідників вивчила, як пренатальний вплив мікроелементів впливає на мікробіом кишечника немовляти, його метаболом і профілі генів стійкості до антибіотиків у перший рік життя.
Важливо зазначити, що ці висновки ґрунтуються на спостережних асоціаціях і не встановлюють причинно-наслідкового зв'язку. Невиміряні змішані фактори або інші впливи навколишнього середовища також можуть впливати на спостережувані взаємозв'язки.
При народженні кишечник новонародженого являє собою чистий аркуш; Однак вже за кілька днів він стає складною мікробною екосистемою. Ця рання колонізація має вирішальне значення, оскільки мікробіом кишечника впливає на все, від травлення до імунітету. Вагінальні пологи, грудне вигодовування та вплив навколишнього середовища впливають на розвиток цих мікробних спільнот. Однак такі забруднювачі, як важкі метали, миш'як, ртуть і свинець, широко поширені і можуть проникати через плаценту. Ці мікроелементи пов'язують з неврологічною шкодою, але їх вплив на мікробіом кишечника немовляти залишається незрозумілим. Сучасні методи вивчення пренатального опромінення часто є інвазивними. Тому необхідні подальші дослідження, щоб вивчити, як неінвазивні показники, такі як материнське волосся, відображають вплив, що впливає на здоров'я кишечника на ранніх етапах життя.
Кишкові метаболіти немовлят різко змінилися з введенням твердої їжі: хоча в новинах згадуються зміни в метаболітах, стаття виявляє разючу різницю в величині: лише 56 метаболітів значно змінилися між 3 і 6 місяцями, але цілих 515 змінилися між 6 і 12 місяцями в міру розширення дієти.
Дослідники набрали 146 пар мати-дитина в Китаї і зібрали зразки волосся у матерів через шість тижнів після пологів, щоб оцінити пренатальний вплив 12 мікромінералів, включаючи миш'як, свинець, ртуть, селен і мідь. Зразки калу у немовлят і матерів були зібрані в три часові точки, приблизно через 3, 6 і 12 місяців після пологів, для секвенування гена рибосомальної рибонуклеїнової кислоти (РНК) 16S, метагеномного аналізу та метаболомічного профілювання. Всього було секвеновано 353 зразки калу, 65 з яких були проаналізовані за допомогою метагеноміки, а 198 – за допомогою метаболоміки. Дані про зразки волосся були доступні для 119 матерів, 83 з яких були зіставлені зі зразками калу.
Мікробне різноманіття оцінювали за допомогою таких індексів, як Шеннон і Чао1. Статистичні методи, включаючи лінійну регресію та стратифікований аналіз, були використані для виявлення асоціацій між концентраціями мікроелементів та мікробними значеннями. Профілі генів антибіотикорезистентності (ARGs) були проаналізовані у зразках калу 33 немовлят та 32 матерів за допомогою метагеномних підходів. Метаболомічний аналіз виявив понад 3800 метаболітів у зразках калу, а кореляції між мікробними таксонами та метаболітами були досліджені за допомогою кореляції Спірмена. Розвиток кишкового мікробіому немовляти відстежували з часом і порівнювали з профілями матері. Диференціальну чисельність мікробів і метаболітів оцінювали за допомогою лінійного дискримінантного аналізу, а дані коригували для багаторазових порівнянь для забезпечення статистичної точності.
Кишковий мікробіом немовляти зазнає значної еволюції протягом першого року, переходячи від спільноти, де домінують Bifidobacterium і Escherichia-Shigella, до спільноти, яка все більше нагадує кишечник матері. Мікробне різноманіття, спочатку нижче у немовлят, з часом збільшується. У той час як материнський мікробіом залишався відносно стабільним, мікробіом немовлят демонстрував динамічні зміни, особливо у віці від 6 до 12 місяців. У 12 місяців склад мікробних спільнот немовлят почав більш тісно зближатися з складом їхніх матерів, що вказує на зсув.
Спосіб пологів і режими годівлі зіграли вирішальну роль у формуванні ранніх мікробних спільнот. Пологи з використанням щипців були пов'язані з більш високими індексами різноманітності. Грудне вигодовування також істотно вплинуло на бактеріальний склад. Однак ці ефекти зменшилися на 12 місяців, що вказує на те, що інші фактори, такі як дієта, поступово пом'якшують початковий вплив навколишнього середовища.
Певний молочний цукор пов'язаний з ранніми бактеріями: дослідження показало, що рівень лакто-N-фукопентози III, вуглеводу, що міститься у великих кількостях у грудному молоці, значно знижувався через 3 місяці і був тісно пов'язаний з наявністю (або зменшенням) бактерій, таких як біфідобактерії та стрептококи.
Пренатальний вплив мікроелементів мав відчутний ефект. Вплив селену був пов'язаний зі збільшенням мікробного різноманіття, тоді як мідь і ртуть були пов'язані зі зниженням різноманітності. У немовлят чоловічої статі вплив марганцю збільшував мікробне багатство, тоді як у немовлят жіночої статі ртуть знижувала різноманітність. Деякі асоціації спостерігалися лише в певних контекстах, таких як збільшення різноманітності впливу миш'яку серед немовлят, народжених з щипцями, або позитивні асоціації між впливом заліза та мікробним різноманіттям серед немовлят, які перебувають на змішаному вигодовуванні. Не всі мікроелементи показали статистично значущі асоціації в загальній когорті. Стратифікований аналіз також показав, що певні контакти по-різному впливають на мікробне різноманіття залежно від способу пологів та режиму годування.
При порівнянні груп з низьким, середнім і високим рівнем впливу мікроелементів виділялася мідь. Висока пренатальна експозиція міді призвела до значного зниження мікробного різноманіття через 3 місяці, хоча цей ефект зменшувався з часом. Таксони бактерій також змінилися у відповідь на опромінення. Наприклад, вплив алюмінію збільшив кількість біфідобактерій і кутибактерій, але не змінив загальне мікробне різноманіття. Вплив марганцю та свинцю змінював рівні Erysipelatoclostridium та Ruminococcus gnavus. Вплив заліза був пов'язаний зі зниженням чисельності Enterococcus.
Метаболомічний аналіз виявив 56 значно змінених метаболітів у період від 3 до 6 місяців та 515 між 6 та 12 місяцями. До них відносяться зміни жирних кислот, вуглеводів, жовчних кислот і флавонів. Деякі метаболіти, такі як лакто-N-фукопентаоз III, були пов'язані з певними бактеріальними таксонами, включаючи Streptococcus і Blautia. Пренатальний вплив селену та кадмію був пов'язаний зі змінами концентрації метаболітів, що свідчить про те, що мікромінерали впливають не лише на склад мікроорганізмів, але й на функцію мікроорганізмів.
Мікроелементи також формували профілі генів антибіотикорезистентності. Всього було виявлено 263 АРГ. Немовлята мали вищий рівень генів резистентності до тетрацикліну та фторхінолонів, тоді як матері мали вищий рівень генів резистентності до макролідів та лінкозамідів. Експозиція міді та миш'яку була пов'язана з підвищеним рівнем ARG, таких як аміноглікозидний ефлюксний насос D (acrD) та багатокомпонентна транспортерна субодиниця B (mdtB), особливо у віці 6 місяців. Незважаючи на деякий збіг, профілі ARG немовлят відрізнялися від профілів їхніх матерів, хоча конвергенція спостерігалася з часом. Деякі асоціації між мікроелементами та профілями ARG були статистично значущими лише в певних вікових групах або категоріях експозиції.
Мікробіом матері залишався напрочуд стабільним: у той час як мікробіом немовляти динамічно змінювався, дослідження підкреслює, що кишкові спільноти матері залишалися практично незмінними протягом першого року після народження, на відміну від немовлят, що розвиваються.
Підводячи підсумок, це дослідження показує, що пренатальний вплив мікроелементів, включаючи селен, мідь, марганець і миш'як, значно змінює кишковий мікробіом, метаболом і профілі генів стійкості до антибіотиків у немовлят. Ці зміни можуть бути виявлені вже в тримісячному віці і продовжують розвиватися протягом першого року життя.
Результати підкреслюють важливість пренатального впливу навколишнього середовища для формування раннього розвитку кишечника та його потенційний вплив на довгострокові наслідки для здоров'я. Неінвазивний забір зразків через материнське волосся є цінним методом моніторингу цих впливів.
З огляду на спостережний характер дослідження, необхідні подальші дослідження для встановлення причинно-наслідкових зв'язків і виявлення механізмів, що лежать в їх основі. Раннє втручання для зменшення шкідливого впливу може сприяти більш здоровому розвитку мікробіому та потенційно знизити ризики захворювань у майбутньому.
