Narażenie matki na metale powoduje przebudowę jelit i genów odporności dziecka

Narażenie matki na metale powoduje przebudowę jelit i genów odporności dziecka

Nowe badania pokazują, jak metale śladowe, na które narażone są matki w czasie ciąży, mogą kształtować bakterie jelitowe ich dzieci, szlaki metaboliczne, a nawet oporność na antybiotyki, potencjalnie wpływając na zdrowie przez całe życie.

W badaniu opublikowanym niedawno w czasopiśmieKomunikacja przyrodniczaSGrupa badaczy zbadała, jak prenatalna ekspozycja na pierwiastki śladowe wpływa na mikrobiom, metabolom i profile genów oporności na antybiotyki w pierwszym roku życia.

Należy zauważyć, że wyniki te opierają się na powiązaniach obserwacyjnych i nie ustalają związku przyczynowego. Niezmierzone czynniki zakłócające lub inne narażenia środowiskowe mogą również wpływać na obserwowane zależności.

tło

Po urodzeniu jelita noworodka są czystą kartą; W ciągu kilku dni staje się złożonym ekosystemem mikrobiologicznym. Ta wczesna kolonizacja jest kluczowa, ponieważ mikrobiom jelitowy wpływa na wszystko, od trawienia po odporność. Poród drogą pochwową, karmienie piersią i narażenie środowiskowe wpływają na rozwój tych społeczności drobnoustrojów. Jednakże zanieczyszczenia takie jak metale ciężkie, arsen, rtęć i ołów są wszechobecne i mogą przenikać przez łożysko. Te pierwiastki śladowe powiązano z uszkodzeniami neurorozwojowymi, ale ich wpływ na mikrobiom dziecka jest niejasny. Obecne metody badania narażenia prenatalnego są często inwazyjne. Dlatego potrzebne są dalsze badania w celu sprawdzenia, w jaki sposób nieinwazyjne wskaźniki, takie jak włosy matki, odzwierciedlają narażenie mające wpływ na zdrowie na wczesnym etapie życia.

O badaniu

Metabolity jelitowe niemowląt zmieniły się dramatycznie po wprowadzeniu pokarmów stałych: chociaż w wiadomościach wspomniano o zmianach metabolitów, w artykule wskazano uderzającą różnicę w wielkości: podczas ekspansji metabolitów tylko 56 metabolitów zmieniło się znacząco między 3 a 6 miesiącem, ale aż 515 zmieniło się pomiędzy 6 a 12 miesiącami, gdy rozszerzono dietę.

Naukowcy zrekrutowali 146 par matka-niemowlę w Chinach i pobrali próbki włosów matki sześć tygodni po urodzeniu, aby ocenić prenatalne narażenie na 12 pierwiastków śladowych, w tym arsen, ołów, rtęć, selen i miedź. Próbki kału niemowląt i matek pobierano w trzech punktach czasowych, około 3, 6 i 12 miesięcy po porodzie, w celu sekwencjonowania genu 16S rybosomalnego kwasu rybonukleinowego (RNA), analizy metagenomicznej i profilowania metabolomicznego. W sumie sekwencjonowaniu poddano 353 próbki kału, z czego 65 poddano analizie metodą metagenomiki, a 198 za pomocą metabolomiki. Dane dotyczące próbek włosów były dostępne od 119 matek, z których 83 dopasowano do próbek kału.

Różnorodność drobnoustrojów oceniano za pomocą wskaźników takich jak Shannon i Chao1. Do wykrycia powiązań między stężeniami pierwiastków śladowych a wskaźnikami mikrobiologicznymi zastosowano metody statystyczne, w tym regresję liniową i analizę warstwową. Profile genów oporności na antybiotyki (ARG) analizowano w próbkach kału od 33 niemowląt i 32 matek, stosując metody metagenomiczne. Analizy metabolomiczne zidentyfikowały ponad 3800 metabolitów w próbkach kału, a korelacje między taksonami drobnoustrojów a metabolitami zbadano za pomocą korelacji Spearmana. Rozwój mikrobiomu jelit niemowlęcia śledzono w czasie i porównywano z profilami matek. Zróżnicowaną liczebność drobnoustrojów i metabolitów oceniano za pomocą liniowej analizy dyskryminacyjnej, a dane dostosowywano do wielokrotnych porównań, aby zapewnić dokładność statystyczną.

Wyniki badań

Mikrobiom jelit niemowlęcia ulegnie znacznemu rozwojowi w pierwszym roku życia, przechodząc ze środowiska zdominowanego przez społecznośćBifidobakterieIEscherichia shigellado takiego, który coraz bardziej przypomina jelito matki. Różnorodność drobnoustrojów, początkowo u niemowląt, z czasem wzrastała. Podczas gdy mikrobiomy matki pozostały stosunkowo stabilne, mikrobiomy niemowląt wykazywały dynamiczne zmiany, szczególnie między 6 a 12 miesiącem życia. Po 12 miesiącach skład społeczności drobnoustrojów dzieci bardziej zbliżył się do składu ich matek, co wskazuje na zmianę.

Sposób dostarczania i wzorce żywienia odegrały kluczową rolę w kształtowaniu wczesnych społeczności drobnoustrojów. Opłata wspierana przez Pünne była powiązana z wyższymi wskaźnikami różnorodności. Karmienie piersią również znacząco wpływało na skład bakteryjny. Jednakże efekty te zmniejszyły się o 12 miesięcy, co wskazuje, że inne czynniki, takie jak dieta, stopniowo łagodzą wpływy środowiska.

Specyficzna laktoza związana z wczesnymi bakteriami: W badaniu zidentyfikowano lakto-N-fukopentaozę III, węglowodan występujący powszechnie w ludzkim mleku, którego ilość znacznie spada po 3 miesiącach i jest ściśle powiązana z obecnością (lub spadkiem) bakterii, takich jak Bifidobacterium i paciorkowce.

Prenatalna ekspozycja na pierwiastki śladowe miała wymierne skutki. Ekspozycja na selen była powiązana ze zwiększoną różnorodnością drobnoustrojów, podczas gdy miedź i rtęć były powiązane ze zmniejszoną różnorodnością. U niemowląt płci męskiej narażenie na mangan zwiększało bogactwo drobnoustrojów, podczas gdy u niemowląt płci żeńskiej rtęć zmniejszała różnorodność. Niektóre powiązania zaobserwowano tylko w określonych kontekstach, takich jak: np. zwiększone zróżnicowanie w przypadku narażenia na arsen niemowląt karmionych kleszczami lub pozytywne powiązania między narażeniem na żelazo a różnorodnością drobnoustrojów u niemowląt karmionych mieszanką. Nie wszystkie pierwiastki śladowe wykazywały statystycznie istotne powiązania w ogólnej kohorcie. Analiza warstwowa wykazała ponadto, że określone narażenie wpływało na różnorodność drobnoustrojów w różny sposób, w zależności od sposobu dostarczania i schematu karmienia.

Porównując grupy o niskim, średnim i wysokim narażeniu na pierwiastki śladowe, wyróżniała się miedź. Wysoka prenatalna ekspozycja na miedź skutkowała znacznie mniejszą różnorodnością mikrobiologiczną po 3 miesiącach, chociaż efekt ten zmniejszał się z czasem. Taksony bakterii również zmieniają się w odpowiedzi na ekspozycję. Na przykład wzrosła ekspozycja na aluminiumBifidobakterieIKutibakterieale nie zmieniły różnorodności mikrobiologicznej. Narażenie na mangan i ołów zmieniło poziomErysipelatoclostridiumIRuminococcus gnavus. Ekspozycja na żelazo była powiązana ze spadkiemEnterokokiobfitość.

Analiza metabolomiczna ujawniła 56 znacząco zmienionych metabolitów w okresie od 3 do 6 miesięcy i 515 w okresie od 6 do 12 miesięcy. Obejmowały one zmiany w kwasach tłuszczowych, węglowodanach, kwasach żółciowych i flawonach. Niektóre metabolity, takie jak lakto-n-fukopentaoza III, zostały powiązane ze specyficznymi taksonami bakteryjnymi, w tymPaciorkowiecIBlaucja. Prenatalna ekspozycja na selen i kadm została powiązana ze zmianami stężeń metabolitów, co sugeruje, że pierwiastki śladowe wpływają nie tylko na skład drobnoustrojów, ale także na ich funkcje.

Pierwiastki śladowe ukształtowały także profile genów oporności na antybiotyki. W sumie zidentyfikowano 263 argumenty. U niemowląt częściej występowały geny oporności na tetracyklinę i fluorochinolony, podczas gdy u matek częściej występowały geny oporności na makrolidy i linkozamidy. Narażenie na miedź i arsen było związane ze zwiększonymi parametrami, takimi jak pompa wypływowa aminoglikozydów D (ACRD) i podjednostka B transportera wielolekowego (MDTB), szczególnie w wieku 6 miesięcy. Pomimo pewnego nakładania się, profile niemowląt różniły się od profili ich matek, chociaż z czasem zaobserwowano zbieżność. Niektóre powiązania między pierwiastkami śladowymi a profilami Arg były statystycznie istotne tylko w określonych grupach wiekowych lub kategoriach narażenia.

Wnioski

Mikrobiom matki pozostał wyjątkowo stabilny: podczas gdy mikrobiom niemowląt zmieniał się dynamicznie, badanie pokazuje, że społeczności jelitowe matki wykazywały niewielkie różnice w ciągu pierwszego roku po urodzeniu, co stanowiło wyraźny kontrast w stosunku do rozwijających się niemowląt.

Podsumowując, badanie to pokazuje, że prenatalna ekspozycja na pierwiastki śladowe, takie jak selen, miedź, mangan i arsen, znacząco zmienia mikrobiom jelitowy, metabolom i profile genów oporności na antybiotyki u niemowląt. Zmiany te można wykryć już po trzech miesiącach i rozwijają się one przez pierwszy rok życia.

Wyniki podkreślają znaczenie prenatalnego narażenia środowiskowego w kształtowaniu wczesnego rozwoju jelit i ich potencjalnego wpływu na długoterminowe skutki zdrowotne. Nieinwazyjne pobieranie próbek włosów matki stanowi cenną metodę monitorowania tego narażenia.

Biorąc pod uwagę obserwację badania, potrzebne są dalsze badania w celu ustalenia związków przyczynowych i zidentyfikowania leżących u ich podstaw mechanizmów. Wczesna interwencja mająca na celu ograniczenie szkodliwego narażenia może wesprzeć rozwój zdrowszego mikrobiomu i potencjalnie zmniejszyć ryzyko chorób w przyszłości.

Źródła: