Ученые объясняют, как употребление в пищу разнообразных продуктов снижает риск хронических заболеваний
Статья
В недавнем исследовании, опубликованном в журнале Nature Communications , группа исследователей изучала, как пренатальное воздействие микроэлементов влияет на микробиом кишечника младенца , метаболом и профили генов устойчивости к антибиотикам в первый год жизни.
Важно отметить, что эти выводы основаны на наблюдательных ассоциациях и не устанавливают причинно-следственную связь. Неизмеренные смешивающие факторы или другие воздействия окружающей среды также могут влиять на наблюдаемые связи.
При рождении кишечник новорожденного представляет собой чистый лист; однако в течение нескольких дней он становится сложной микробной экосистемой. Эта ранняя колонизация имеет решающее значение, поскольку микробиом кишечника влияет на все: от пищеварения до иммунитета. Вагинальные роды, грудное вскармливание и воздействие окружающей среды влияют на развитие этих микробных сообществ. Однако загрязняющие вещества, такие как тяжелые металлы, мышьяк, ртуть и свинец, широко распространены и могут проникать через плаценту. Эти микроэлементы связаны с неврологическим вредом, но их влияние на микробиом кишечника младенца остается неясным. Современные методы изучения пренатального воздействия часто являются инвазивными. Поэтому необходимы дальнейшие исследования, чтобы изучить, как неинвазивные показатели, такие как материнские волосы, отражают воздействия, которые влияют на здоровье кишечника в раннем возрасте.
Метаболиты кишечника младенцев резко изменились с введением твердой пищи: хотя в новостях упоминаются изменения метаболитов, статья раскрывает поразительную разницу в масштабах: только 56 метаболитов значительно изменились в период от 3 до 6 месяцев, но целых 515 изменились в период от 6 до 12 месяцев по мере расширения рациона.
Исследователи набрали 146 пар мать-ребенок в Китае и собрали образцы волос у матерей через шесть недель после родов, чтобы оценить пренатальное воздействие 12 микроэлементов, включая мышьяк, свинец, ртуть, селен и медь. Образцы стула младенцев и матерей собирались в трех временных точках, примерно через 3, 6 и 12 месяцев после родов, для секвенирования гена рибосомальной рибонуклеиновой кислоты (РНК) 16S, метагеномного анализа и метаболомного профилирования. Всего было секвенировано 353 образца стула, 65 из которых были проанализированы с помощью метагеномики , а 198 — с помощью метаболомики. Данные по образцам волос были доступны для 119 матерей, 83 из которых были сопоставлены с образцами стула.
Микробное разнообразие оценивалось с использованием индексов, таких как Шеннон и Чао1. Статистические методы, включая линейную регрессию и стратифицированный анализ, использовались для выявления связей между концентрациями микроэлементов и микробными показателями. Профили генов устойчивости к антибиотикам (ARG) анализировались в образцах кала 33 младенцев и 32 матерей с использованием метагеномных подходов. Метаболомный анализ выявил более 3800 метаболитов в образцах кала, а корреляции между микробными таксонами и метаболитами исследовались с использованием корреляции Спирмена. Развитие микробиома кишечника младенца отслеживалось с течением времени и сравнивалось с материнскими профилями. Дифференциальное обилие микробов и метаболитов оценивалось с использованием линейного дискриминантного анализа, и данные были скорректированы для множественных сравнений, чтобы обеспечить статистическую точность.
Микробиом кишечника младенца претерпевает значительную эволюцию в течение первого года, переходя от сообщества, в котором доминируют Bifidobacterium и Escherichia-Shigella, к сообществу, которое все больше напоминает материнский кишечник. Микробное разнообразие, изначально более низкое у младенцев, со временем увеличивалось. В то время как материнские микробиомы оставались относительно стабильными, младенческие микробиомы демонстрировали динамические изменения, особенно в возрасте от 6 до 12 месяцев. В 12 месяцев состав младенческих микробных сообществ начал более тесно сближаться с таковым у их матерей, что указывает на сдвиг.
Способ родоразрешения и режимы кормления сыграли решающую роль в формировании ранних микробных сообществ. Роды с использованием щипцов были связаны с более высокими индексами разнообразия. Грудное вскармливание также значительно влияло на бактериальный состав. Однако эти эффекты уменьшались к 12 месяцам, что указывает на то, что другие факторы, такие как диета, постепенно смягчают начальные влияния окружающей среды.
Определенный молочный сахар связан с ранними бактериями: исследование выявило, что уровень лакто-N-фукопентозы III, углевода, в большом количестве содержащегося в грудном молоке, значительно снижается через 3 месяца и тесно связан с наличием (или снижением) таких бактерий, как Bifidobacterium и Streptococcus.
Пренатальное воздействие микроэлементов имело измеримые эффекты. Воздействие селена было связано с увеличением микробного разнообразия, в то время как медь и ртуть были связаны с уменьшением разнообразия. У младенцев мужского пола воздействие марганца увеличивало микробное богатство, в то время как у младенцев женского пола ртуть уменьшала разнообразие. Некоторые ассоциации наблюдались только в определенных контекстах, например, увеличение разнообразия при воздействии мышьяка среди младенцев, рожденных с помощью щипцов, или положительные ассоциации между воздействием железа и микробным разнообразием среди младенцев, находящихся на смешанном вскармливании. Не все микроэлементы показали статистически значимые ассоциации в общей когорте. Стратифицированный анализ далее показал, что определенные воздействия по-разному влияли на микробное разнообразие в зависимости от способа родов и режима кормления.
При сравнении групп с низким, средним и высоким воздействием микроэлементов выделялась медь. Высокое пренатальное воздействие меди привело к значительному снижению микробного разнообразия через 3 месяца, хотя этот эффект уменьшался с течением времени. Бактериальные таксоны также смещались в ответ на воздействие. Например, воздействие алюминия увеличивало количество Bifidobacteria и Cutibacteria , но не изменяло общее микробное разнообразие. Воздействие марганца и свинца изменяло уровни Erysipelatoclostridium и Ruminococcus gnavus . Воздействие железа было связано с уменьшением численности Enterococcus .
Метаболомный анализ выявил 56 значительно измененных метаболитов между 3 и 6 месяцами и 515 между 6 и 12 месяцами. Они включали изменения жирных кислот, углеводов, желчных кислот и флавонов. Некоторые метаболиты, такие как лакто-N-фукопентаоза III, были связаны с определенными бактериальными таксонами, включая Streptococcus и Blautia . Пренатальное воздействие селена и кадмия было связано со сдвигами в концентрациях метаболитов, что позволяет предположить, что микроэлементы влияют не только на микробный состав, но и на микробную функцию.
Микроэлементы также формировали профили генов устойчивости к антибиотикам. Всего было идентифицировано 263 ARG. У младенцев наблюдалось более высокое содержание генов устойчивости к тетрациклинам и фторхинолонам, в то время как у матерей было более высокое содержание генов устойчивости к макролидам и линкозамидам. Воздействие меди и мышьяка было связано с повышенными ARG, такими как насос D эффлюкса аминогликозидов (acrD) и субъединица B многокомпонентного транспортера (mdtB), особенно к 6 месяцам. Несмотря на некоторое совпадение, профили ARG у младенцев отличались от профилей их матерей, хотя с течением времени наблюдалась конвергенция. Некоторые ассоциации между микроэлементами и профилями ARG были статистически значимыми только в определенных возрастных группах или категориях воздействия.
Микробиом матери оставался на удивление стабильным: в то время как микробиом младенца динамично менялся, исследование подчеркивает, что кишечные сообщества матери практически не менялись в течение всего первого года после родов, что резко контрастирует с развивающимися детьми.
Подводя итог, это исследование показывает, что пренатальное воздействие микроэлементов, включая селен, медь, марганец и мышьяк, значительно изменяет микробиом кишечника, метаболом и профили генов устойчивости к антибиотикам у младенцев. Эти изменения можно обнаружить уже в возрасте трех месяцев и продолжают развиваться в течение первого года жизни.
Результаты подчеркивают важность пренатальных воздействий окружающей среды в формировании раннего развития кишечника и их потенциальное влияние на долгосрочные результаты здоровья. Неинвазивный отбор проб через материнские волосы предлагает ценный метод мониторинга этих воздействий.
Учитывая наблюдательный характер исследования, необходимы дальнейшие исследования для установления причинно-следственных связей и выявления лежащих в их основе механизмов. Раннее вмешательство для снижения вредных воздействий может способствовать более здоровому развитию микробиома и потенциально снизить будущие риски заболеваний.
