Wyszczególniono trzy etapy rozwoju mikrobiomu niemowląt

W największym z dotychczas przeprowadzonych badaniu klinicznym nad mikrobiomem niemowląt, zespół naukowców z Baylor College of Medicine zbadał kolejność kolonizacji mikroorganizmami w jelicie dzieci od narodzin do 4 roku życia. Odkryto wyraźne etapy rozwoju mikrobiomu dziecięcego jelita. Raport opublikowano w czasopiśmie Nature, towarzyszące mu sprawozdanie prowadzone przez Broad Institute jest wynikiem obszernej analizy danych zebranych od kohorty uczestników biorących udział w badaniu klinicznym pod nazwą TEDDY (The Environmental Determinants of Diabetes in the Young).

W badaniu tym przez 10 lat zbierano dane w celu zrozumienia, co wywołuje cukrzycę typu 1 u dzieci obciążonych genetycznie zwiększonym ryzykiem choroby. Naukowcy z sześciu ośrodków klinicznych w USA, Szwecji, Finlandii i Niemczech, a także z Centrum Koordynacji Danych na University of South Florida, zgromadzili comiesięczne próbki kału i dane od ponad 8600 dzieci, które są genetycznie podatne na cukrzycę typu 1. Z tej kohorty naukowcy z Baylor College of Medicine przeanalizowali 12005 próbek kału pobranych od 903 dzieci w wieku od trzech do 46 miesięcy, aby lepiej zrozumieć, jak kształtuje się mikrobiom we wczesnym okresie życia.

Wiadomo już, że początkowe lata życia są kluczowe dla ustanowienia mikrobiomu jelit. Noworodek przychodzi na świat z bardzo małą liczbą mikroorganizmów, a mikrobiom jego ciała kształtuje się przez pierwsze lata życia.

Wykorzystując najnowocześniejsze techniki sekwencjonowania zarówno RNA, jak i DNA, aby odkryć komplet genomów wszystkich mikroorganizmów jelitowych, Petrosino i jego zespół stwierdzili, że rozwijający się mikrobiom jelitowy przechodzi trzy odrębne fazy progresji mikrobiomu:

1. Faza rozwojowa (od 3 do 14 miesięcy)

2. Faza przejściowa (od 15 do 30 miesiąca życia)

3. Faza stabilna (od 31 do 46 miesięcy)

Dzięki określeniu poszczególnych faz rozwoju w czasie, można próbować ujawnić różnice, które potencjalnie mogą być związane z rozwojem określonych chorób chorób.

Badanie wykazało związek pomiędzy co najmniej częściowym karmieniem piersią a większą liczbą Bifidobacterium breve i Bifidobacterium bifidum, dwoma rodzajami gatunków bakterii o właściwościach probiotycznych znanych z dominacji we wczesnym okresie życia. Ponadto wykazano, że przerwanie karmienia piersią przyspieszyło dojrzewanie mikrobiomu niemowlęcia, co oznacza, że szybko przechodziło ono przez kolejne etapy do fazy stabilnej, która cechuje się większą ilością bakterii Firmicutes spp. Dalsze badania pomogą lepiej zrozumieć konsekwencje przyspieszonego dojrzewania mikrobiomu jelit.

U niemowląt karmionych piersią, szczepy Bifidobacterium o genetycznie uwarunkowanej zdolności do przetwarzania ludzkiego mleka, nie były już wykrywane po zaprzestaniu karmienia piersią.

Zakłada się, że presja selekcyjna na obecność tych organizmów podczas karmienia piersią jest usuwana po zaprzestaniu karmienia piersią, a inne szczepy Bifidobacterium, które nie przetwarzają metabolitów w mleku matki, mogą następnie rosnąć. Tego typu obserwacje dają wgląd w to, jak wczesna dieta wpływa na rozwój mikrobiomu jelit.

Naukowcy odkryli również powiązanie między porodem siłami natury a większą liczbą bakterii należących do rodzaju Bacteroides. Jednakże posiadanie większej ilości Bacteroides przy narodzinach nie dotyczyło tylko tych dzieci, które zostały urodzone siłami natury. Te z dzieci, które miały więcej bakterii z rodzaju Bacteroides w momencie narodzin, miały też większą różnorodność mikrobiologiczną w jelicie w ciągu pierwszych 40 miesięcy życia.

Implikacje te nie są jeszcze jasne: różnorodność drobnoustrojów jest zazwyczaj uważana za korzystną, ale wciąż nie w pełni rozumiemy, które sygnały mikrobiologiczne we wczesnym okresie życia są ważne dla rozwoju.

Przytaczane tu dane są już wykorzystywane, wraz z obszernym repozytorium metadanych TEDDY, aby lepiej zrozumieć, w jaki sposób ekspozycje środowiskowe przyczyniają się do rozwoju cukrzycy typu 1. Trwają kolejne badania analizujące mikrobiom, w tym jego wirusową i grzybową komponentę, które będą obejmowały również dane genomiczne, metabolomiczne i proteomiczne u ludzi, a także informacje o sposobie żywienia i przebytych infekcjach.

Te wstępne analizy potwierdziły wcześniejsze wyniki badań na niemowlętach, a także ujawniły ważne korelacje w obrębie mikrobiomu tym krytycznym okresie życia. Wyniki z przyszłych badań będą kolejnym krokiem w celu określenia, w jaki sposób mikrobiom wpływa na zdrowie i rozwój chorób, w szczególności cukrzycy typu 1.

To badania takie jako to, w których możemy zintegrować dane kliniczne z analizami ekspozycji na czynniki środowiskowe, genomu i mikrobiomu, doprowadzą do precyzyjnej, opartej na medycynie diagnostyki i leczenia cukrzycy typu 1 i innych chorób.

Źródło:

Christopher J. Stewart et al, Temporal development of the gut microbiome in early childhood from the TEDDY study, Nature (2018). DOI: 10.1038/s41586-018-0617-x 

Bakterie, które kolonizują jelita noworodka jako pierwsze, mogą mieć trwały wpływ na profilaktykę chorób przewlekłych

Nowe badanie wykazuje, że pierwsze bakterie kolonizujące jelita mają trwały wpływ na jego rozwój i zdrowie. Tego typu odkrycia mogą pewnego dnia pozwolić nauce na manipulowanie mikrobiomem w celu profilaktyki i leczenia chorób przewlekłych.

Uzyskane wyniki sugerują, że różnice w składzie mikrobiologicznym prawdopodobnie zależą od tego, kiedy zdobędziemy pierwsze mikroorganizmy jelitowe po urodzeniu – a kolejność, w jakiej trafiają do naszego jelita, ma trwały wpływ na to, jak wygląda mikrobiom jelitowy w toku rozwoju organizmu człowieka.

Odkrycie rzuca nowe światło na to, jak mikrobiom jelitowy, który jest równie specyficzny jednostkowo, jak odciski palców, stabilizuje się.

Każdy człowiek ma indywidualny mikrobiom, nawet bliźnięta jednojajowe. Badania wykazały, że uwarunkowania genetyczne, dieta, środowisko i styl życia, a także stan fizjologiczny osoby w niewielkim stopniu przyczyniają się do zmiany mikrobiomu jelitowego. Czynniki te stanowią mniej niż 30 procent zmienności.

W badaniu naukowcy wprowadzali odrębne społeczności drobnoustrojów, pochodzące od dorosłych myszy do przewodu żołądkowo-jelitowego młodych, genetycznie identycznych myszy. Wyniki wykazały, że mikrobiom u dorosłych myszy był bardziej podobny do wprowadzonej pierwotnie mikrobioty. Nawet przy użyciu koktajlu czterech różnych szczepów bakterii naukowcy wielokrotnie stwierdzili, że bakterie, które jako pierwsze skolonizowały jelito myszy tworzą najbardziej stabilne populacje i w największym stopniu wpływają na kierunek rozwoju mikrobiomu jelitowego.

Odkrycie to o krok zbliża nas do zrozumienia, w jaki sposób mikrobiomy ulegają zaburzeniu – na przykład poprzez poród przez cesarskie cięcie lub antybiotykoterapię – i jak potencjalnie rozwiązać ten problem.

Zaburzony mikrobiom jelit wiązany jest z otyłością, cukrzycą typu 2, chorobami serca, chorobami zapalnymi jelit, rakiem okrężnicy, zaburzeniami neurologicznymi, autyzmem i alergiami.

Wiedza na temat czynników kluczowych dla dynamiki rozwoju mikrobiomu jelit pomoże udoskonalić podejście terapeutyczne do modyfikacji mikrobiomu jelit i opracować strategie radzenia sobie z chorobami, związanymi z zaburzeniem mikrobiomu jelit.

Długotrwałe utrzymywanie się drobnoustrojów podczas kolonizacji jelit we wczesnym okresie życia oznacza, że ​promujący zdrowie biom może zostać ustalony poprzez wprowadzenie pożytecznych bakterii zaraz po urodzeniu.

Preparaty dla dzieci wzbogacone probiotykami robią to już w pewnym stopniu, ale wiedząc więcej o tym, jak probiotyki wpływają na innych członków społeczności drobnoustrojów jelitowych, można przejść na wyższy poziom interwencji terapeutycznych.

Badacze sądzą, że za 30 lub 40 lat będzie możliwe celowane kolonizowanie noworodków specjalnymi bakteriami, o których wiemy, że promują zdrowie i kształtują mikrobiom w korzystny sposób.

Źródło:

Inés Martínez, Maria X Maldonado-Gomez, João Carlos Gomes-Neto, Hatem Kittana, Hua Ding, Robert Schmaltz, Payal Joglekar, Roberto Jiménez Cardona, Nathan L Marsteller, Steven W Kembel, Andrew K Benson, Daniel A Peterson, Amanda E Ramer-Tait, Jens Walter. Experimental evaluation of the importance of colonization history in early-life gut microbiota assembly. eLife, 2018; 7 DOI: 10.7554/eLife.36521