在孩子出生期間和之后，來自母親腸道的細菌在嬰兒體內定居，形成一個獨特的有益細菌群落，幫助分解食物，合成維生素，并幫助教會嬰兒新生的免疫系統識別外來生物。

根據麻省理工學院和哈佛大學布羅德研究所的科學家們的一項新研究，母親的微生物禮物甚至不止于此。他們探索了母親和嬰兒在懷孕期間和出生后第一年的微生物群是如何變化的，并發現母親腸道中的一些細菌向嬰兒腸道中的細菌捐贈了數百個基因。這些基因參與免疫和認知系統的發育，并幫助嬰兒在成長過程中消化不斷變化的飲食。

這項發表在《Cell》雜志上的研究首次揭示了不同種類的母嬰腸道細菌之間的大規模“水平基因轉移”事件。這項研究還揭示了細菌產生的一系列化學物質，即嬰兒特有的代謝物。總之，這些發現增加了人們對早期母親和嬰兒之間復雜生理聯系的認識。

“這項研究幫助我們更好地理解腸道中豐富的微生物群落最初是如何形成的，以及它在嬰兒期是如何發展的，”該研究的共同第一作者、現任赫爾辛基大學研究員的Tommi Vatanen說。“微生物群是非常動態的，與其他系統一起發展，所以在生命的最初幾年里發生了很多事情。”

“我們的工作為嬰兒腸道微生物組和代謝組在母親因素影響下的核心發育提供了一個獨特的視角，對免疫和神經發育具有深遠的影響，”資深作者和Broad核心研究所成員Ramnik Xavier說，他是免疫學項目主任，也是布羅德傳染病和微生物組項目的聯合主任。

內臟的反應

八年前，Xavier和他的實驗室首次在Broad開始研究微生物群。從那時起，他們研究了腸道細菌在生命早期是如何波動的，早期微生物定殖如何影響免疫相關疾病(如1型糖尿病、過敏、哮喘和炎癥性腸病)的風險，以及微生物組在全球不同地方是如何變化的。

在這項新研究中，Xavier和他的團隊旨在更深入地探索微生物群在生命第一年的發展。他們對70對母嬰的糞便樣本進行了細菌DNA測序，這些樣本是從懷孕后期到嬰兒期的不同階段收集的。

在嬰兒腸道細菌基因組中，研究人員確定了數百個起源于母體細菌的基因。這表明，從母親到嬰兒的細菌水平基因轉移不是分娩時的一次性事件，而是在嬰兒出生后的第一年持續進行的過程。

在研究小組發現的共享基因中，有許多編碼與嬰兒飲食相關的蛋白質，比如分解母乳中復雜糖的酶。Vatanen說:“這種基因轉移似乎有一個明顯的好處，因為它為嬰兒體內的新細菌物種提供了重要的功能。”

供體菌株可以共享它們的基因，而不會在嬰兒的腸道中定植，所以需要做更多的工作來弄清楚這種基因轉移發生在何時何地。此外，科學家們承認，嬰兒的微生物也可能在日常生活中從其他人那里獲得基因，比如非生育的父母、兄弟姐妹或祖父母，所以可能存在比他們目前所能捕捉到的更多的水平基因轉移事件。

發明之母

為了更好地了解母親和嬰兒體內不斷變化的微生物組的生物學功能，研究人員還與Broad代謝組學平臺的成員合作，研究了微生物代謝物——由微生物產生或轉化的物質，可以對整個身體產生影響。

在母親分娩期間和分娩后，研究人員觀察到她們的微生物組和代謝組的變化，這些變化可能會影響母親的代謝健康，例如與糖耐量受損有關的類固醇化合物的增加。

研究小組還揭示了嬰兒的微生物組和代謝組特征，這些特征與母親的不同，多樣性也不如母親，包括數百種在母親身上看不到的獨特代謝物，如神經遞質和免疫調節劑。

在母乳喂養的年輕嬰兒的代謝組學資料中，科學家們發現了已知會促進疾病炎癥的物質，這表明在生命的早期，代謝物會促進免疫系統的健康成熟。“在許多方面，炎癥標志物可以教育免疫系統，使其更好地抵御毒素或壞細菌，并在受到干擾時表現出更強的彈性，”Xavier說。

該研究的第一作者之一、哥德堡大學的布羅德訪問科學家兼研究員Karolina Jabbar領導了部分研究工作，研究了不同飲食對嬰兒微生物群的影響。常規(非水解)配方奶粉喂養的嬰兒的代謝組學特征與母乳喂養的嬰兒不同，包括可能導致1型糖尿病和哮喘等免疫相關疾病風險的代謝物。

未來微生物組開發的工作有一天可能會通過改變細菌腸道群落或補充關鍵代謝物來降低疾病風險。這些見解還可以幫助指導嬰兒喂養或護理策略的建議，利用微生物組的力量來影響人類健康。

“我們已經證明，母體微生物群在嬰兒微生物群的播種中起著重要作用，這不是一次性的事件，而是一個連續的過程，”Xavier說。“這可能是母親和孩子之間長期聯系的另一個好處，為這些有益的基因轉移事件的發生提供了更多機會。”