Состав микробиома кишечника и его созревание в раннем возрасте играют важную роль в развитии иммунной системы, усвоении питательных веществ и регуляции метаболизма.
На его формирование влияют микробы, полученные от матери, а также из других источников, начиная с первого дня жизни. Несмотря на то, что влияние различных видов микроорганизмов желудочно-кишечного тракта, влагалища, полости рта и кожи матери на формирование и развитие кишечного микробиома младенца было тщательно исследовано, роль микробиома грудного молока матери в модулировании микробиоты кишечника младенца остается малоизученной.
Грудное молоко человека в идеале должно быть единственным источником питания для младенца в первые шесть месяцев жизни. Тем не менее, молоко остается в значительной степени недостаточно изученным и, по оценкам, составляет менее 0,2% от всех общедоступных метагеномных проб, связанных с деятельностью человека, на основе данных за 2021 год. Материнское молоко обеспечивает новорожденного не только питательными веществами (микроэлементами, витаминами, минералами), но и биологически активными компонентами, включая олигосахариды женского молока, материнские иммунные клетки, антитела и живые бактерии.
Таким образом, молоко и содержащиеся в нем бактерии могут существенно повлиять на состав, стабильность и функциональность кишечного микробиома младенца. Кроме того, наличие генов устойчивости к противомикробным препаратам в молочном микробиоме может дополнительно повлиять на здоровье ребенка и состав его кишечного микробиома. Микробиом также может лежать в основе преимуществ исключительно грудного вскармливания при различных хронических заболеваниях, включая астму, детское ожирение, диабет 1 типа и аллергические заболевания.
Несмотря на очевидную важность микробиома грудного молока для здоровья новорожденных, его исследования неполны. Отчасти это связано с особенностями самого образца: образцы молока, богатые человеческими клетками и характеризующиеся низкой микробной биомассой, сложно обрабатывать и упорядочивать с использованием стандартных методик. Это особенно актуально для молозива, молока, вырабатываемого в первые дни после родов, поскольку его особенно низкий объем производства еще больше усугубляет проблему низкой биомассы, характерную для всех образцов молока, и его сбор сократил бы количество, доступное для младенца.
Немногочисленные доступные данные изучения микробиома молока ограничены либо небольшим объемом выборки, либо отсутствием парных образцов. Исследованиям также препятствовало использование секвенирования гена 16S рРНК, которое не позволяет надежно идентифицировать штаммы микробов и не дает представления о функциональном потенциале бактериальных сообществ. Предыдущие исследования выявили “основную” микробиологическую характеристику микробиома грудного молока человека, в которой в основном преобладают таксоны, принадлежащие к родам Staphylococcus и Streptococcus, за которыми следуют такие роды, как Lactobacillus, Bifidobacterium, Veillonella и Escherichia.
Бифидобактерии представляют особый интерес из-за их важнейшей роли в поддержании здоровья новорожденных. Они являются одними из наиболее распространенных таксонов в кишечнике детей, находящихся на грудном вскармливании, и их истощение связано с иммунными и метаболическими расстройствами. Бифидобактерии, в частности, B. longum subsp. способны переваривать олигосахариды человеческого молока (ОЧМ). Способность использовать ОЧМ в качестве источника углерода, а также генетические механизмы, лежащие в основе этой способности, различаются у разных представителей рода Bifidobacterium. Примечательно, что истощение генов, необходимых для деградации ОЧМ бифидобактериями, было связано с системным воспалением и нарушением иммунной регуляции у младенцев, что подчеркивает важность опосредованной бифидобактериями деградации ОЧМ для здоровья новорожденных.
В этой работе мы исследуем взаимосвязь между микробиомом материнского молока и микробиомом кишечника младенца, анализируя парные образцы грудного молока и детского кала, собранные в течение первых шести месяцев после родов у большой группы здоровых, кормящих матерей и их доношенных детей. Используя высокопроизводительный метод метагеномики, мы характеризуем видовой состав микроорганизмов и их временную стабильность, а также выявляем многочисленные случаи совместного присутствия штаммов у матерей и новорожденных, а также временную устойчивость штаммов в кишечнике младенцев. Затем мы анализируем функциональный потенциал микроорганизмов, уделяя особое внимание переносу генов устойчивости к противомикробным препаратам как в образцах грудного молока, так и в кале младенцев с течением времени.
Мы количественно оценили сходство между микробиомами материнского молока и кишечника младенцев, используя 507 метагеномных образцов, собранных у 195 пар мать-младенец через один, три и шесть месяцев после родов. Таксономическое совпадение микробов в молоке и кишечнике младенцев было обусловлено Bifidobacterium longum и микробиомы новорожденных, в которых доминировали B. longum, демонстрировали большую временную стабильность, чем те, в которых доминировали другие виды.
Мы выявили многочисленные случаи обмена штаммами между молоком и кишечником младенца, включая как комменсальные (например, B. longum), так и патобионтные виды (например, K. pneumoniae). Распространенные штаммы также включали типично оральные виды, такие как S. salivarius и V. parvula, что позволяет предположить возможную передачу бактерий из полости рта младенца в материнское молоко. В возрасте одного месяца кишечный микробиом ребенка обогащается биосинтетическими путями, что позволяет предположить, что ранние колонизаторы могут быть более метаболически независимыми, чем те, которые появились в возрасте шести месяцев. Наконец, мы наблюдали значительное совпадение генов устойчивости к противомикробным препаратам в парах мать-новорожденный. В совокупности наши результаты свидетельствуют о том, что микробиом грудного молока играет важную роль в формировании, составе и стабильности кишечного микробиома младенца.
