在生命的最初几天，婴儿的微生物组已经开始形成——而尿布中的沉积物提供了新的见解。
在婴儿说出他们的第一句话之前，他们的微生物组已经讲述了一个复杂的故事——这个故事可能包含了关于囊性纤维化、疫苗反应和自身免疫疾病的关键见解。在生命的早期，婴儿会接触到各种各样的微生物影响，最终形成一个独特的共生或“健康”肠道细菌群落，这个群落像指纹一样独特。这一过程高度动态，受到多种因素的影响，如婴儿的分娩方式（阴道分娩或剖腹产）、婴儿的早期营养（母乳喂养或配方奶喂养）以及潜在的抗生素暴露。早期的生活暴露可以以影响正在发育的免疫系统的方式塑造微生物群落——这是新生儿获得对抗感染或疾病的保护所必需的步骤。一个日益引起关注的领域是如何在婴儿期肠道微生物组的发展可能与细菌相关疾病如囊性纤维化（CF）有关，这是一种影响肺部和消化系统的遗传病。
但是，每个婴儿的肠道微生物群落差异对他们的健康究竟意味着什么？要解开这个问题，需要深入研究肠道微生物组的数据——从字面上看，就是从肠道微生物组中提取的数据。在最近发表于《Gut Microbes》的一项研究中，来自疫苗和传染病部门的吉姆·库布林博士领导的研究团队对母亲-婴儿出生队列中长达六个月的粪便样本进行了全面的基因水平评估。借助由该研究的主要作者萨姆·米诺特博士在弗雷德·哈奇数据核心开发的基因共丰度组（CAGs）基因组工具，该团队能够识别出在这关键的早期定植期间从15名婴儿样本中获得的近600种最丰富的微生物生物体。“人类微生物组在生命最初的几天内的发展是一个高度动态的过程，以前的研究并未在一致且密集的时间间隔上进行测量，”库布林表示。
通过整合高分辨率基因组技术和线性建模与纵向采样，库布林、米诺特及其同事提供了一个前所未有的微生物动态视图。“我们发现在人类生长的最早阶段，单个物种的肠道细菌并不是孤立生长的，而是被观察到以可预测的群体形式生长——多物种联盟。我们为这些联盟提供了基因‘坐标’，希望其他人可以利用这些信息更好地理解这个复杂系统的发育，”米诺特解释道。这些“联盟”，或基于基因表达相似性的细菌物种集合，是一组表现出高度相关生长模式的细菌，反映了底层的生物学相互作用，如营养共享或环境依赖性。
随着时间的推移，婴儿微生物组组成的变异性在早期达到峰值，随着时间的推移，样本之间的群落变得更加相似，联盟内部也是如此。除了观察到的婴儿年龄效应外，作者还能够识别出一个由多种微生物组成的联盟，即联盟9，与健康对照组相比，囊性纤维化婴儿中这种联盟的丰度较低。联盟9微生物的水平也与婴儿体重（囊性纤维化婴儿的体重较低）相关。联盟9生物体包括几种与囊性纤维化相关的物种，特别是拟杆菌、副普雷沃氏菌和海豹菌。
这一发现表明，这些微生物的存在与影响早期体重增加的因素之间可能存在潜在的机制联系，而早期体重增加是囊性纤维化的一个早期症状。类似于双歧杆菌合作代谢人乳低聚糖，作者假设联盟9的有益效果源于其成员的集体活动，而不是任何单一细菌物种。了解婴儿肠道微生物组不仅仅是列出哪些细菌存在——它更像是解码一场交响乐。每个微生物联盟中的物种就像管弦乐队中的乐器，贡献其独特的音符，共同演奏和谐的乐章。虽然识别个别乐器很重要，但真正的洞察力在于它们如何协同工作，创造健康的交响乐。通过将微生物种群解析到亚种水平，这项研究提供了对各个“乐器”及其在微生物“交响乐”中的角色的详细视图，揭示了以前被掩盖的微生物生态学细微差别。
谈到这些工具的未来应用时，米诺特强调了更广泛的目标，他表示：“我们的主要兴趣在于肠道微生物组如何影响人类免疫系统的发育，尤其是疫苗反应。我们希望将我们的发现应用于正在进行的临床试验，以更好地设计和部署能够有效保护人类免受传染病侵害的疫苗。”这项研究表明，在塑造早期免疫力方面，确实需要一个微生物“村庄”。
参考文献： Minot SS, Mayer-Blackwell K, Fiore-Gartland A, et al. Species- and subspecies-level characterization of health-associated bacterial consortia that colonize the human gut during infancy. Gut Microbes. 2024;16(1):2414975. doi: 10.1080/19490976.2024.2414975
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