В новом исследовании использовался мультиомический подход для изучения того, как активация цитомегаловируса влияет на биоактивные факторы грудного молока и микробиоту младенца.
Грудное молоко служит не только источником питания, но и обеспечивает иммунитет ребенка и модулирует микробиом. Однако, хотя исследователи знают, что это очень сложная жидкость, содержащая сотни биологически активных молекул, то, что диктует и изменяет состав грудного молока, не очень хорошо изучено. Келси Джонсон, генетик из Университета Миннесоты, изучает, как внешние факторы влияют на грудное молоко. В своем недавнем исследовании, опубликованном в журнале Nature Communications, она использовала мультиомический подход для определения состава грудного молока и обнаружила, что материнская цитомегаловирусная инфекция (CMV) может влиять на состав грудного молока вплоть до изменения состава микробиома кишечника младенца, тем самым потенциально нарушая его рост в первый месяц жизни.
Инфекция CMV у человека очень распространена, поскольку вирус можно обнаружить примерно у 85% населения планеты. Во время лактации CMV локально реактивируется в молочных железах. Таким образом, хотя вирус может передаваться от матери к ребенку внутриутробно, CMV обычно передается через грудное молоко. По словам Джонсон, это вызывает беспокойство, поскольку растет понимание того, что передача CMV через грудное молоко может вызвать серьезные осложнения у недоношенных детей, включая сепсис, тромбоцитопению и долгосрочные нарушения нейроразвития.
Воспользовавшись своим опытом в области геномики, Джонсон задалась целью получить более полное представление о том, как активация CMV влияет на состав грудного молока. «Исторически сложилось так, что в большинстве исследований человеческого молока изучался один или несколько компонентов, представляющих интерес в зависимости от конкретного материнского признака», - объясняет Джонсон. Вместо этого она и ее коллеги решили использовать омические технологии, чтобы изучить транскриптомные и метаболомные изменения в грудном молоке, связанные с CMV.
Сначала исследователи провели секвенирование образцов молока кормящих матерей в течение одного месяца после родов в поисках ДНК CMV, чтобы установить наличие вируса в образцах. Затем они провели транскриптомный анализ этих образцов, выявив 34 гена, которые были повышены в CMV-позитивном грудном молоке по сравнению с CMV-негативным. Многие из этих генов были связаны с механизмами иммунного ответа. Далее Джонсон обнаружила, используя общедоступные данные РНК-секвенирования отдельных клеток, что эти 34 гена с повышенной экспрессией, как правило, более высоко экспрессируются в иммунных клетках. Возможно, это неудивительно, но в CMV-положительных образцах молока доля иммунных клеток была выше, чем в CMV-отрицательных.
Транскриптомный анализ также показал, что ген IDO1, кодирующий индоламин-2,3-диоксигеназу (IDO), был повышен. IDO является лимитирующим ферментом в метаболическом пути триптофан-кинуренин. Соответственно, метаболомный анализ, включающий 458 различных метаболитов, выявил две молекулы с повышенным содержанием в образцах грудного молока, зараженных CMV: кинуренин и его метаболит кинуреновая кислота.
Джонсон не удивлена тем, что присутствие CMV в грудном молоке может быть связано с метаболическим путем IDO1 триптофан-кинуренин, учитывая, что иммунный ответ на CMV в клетках и первичных тканях человека также характеризуется активацией этого пути. Тем не менее, она считает это интересным, поскольку этот механизм может регулировать работу кишечника младенца. «Утилизация триптофана бифидобактериями в кишечнике младенца положительно влияет на развитие микробиома и иммунное состояние младенца. В данном исследовании мы не смогли изучить эти процессы, но наличие этих изменений интересно».
Наконец, Джонсон и ее коллеги получили метагеномные данные фекалий доношенных новорожденных, чтобы изучить возможные изменения микробиома кишечника, вызванные CMV-содержащим грудным молоком. Они обнаружили, что у младенцев, получавших CMV-положительное молоко, было меньше видов Bifidobacterium и больше Clostridium tertium. Другие исследователи показали, что обе эти характеристики связаны с неблагоприятными последствиями для здоровья новорожденных.
Джонсон предупреждает, что необходимы дальнейшие исследования, чтобы оценить влияние CMV-инфекции на грудное молоко в течение более длительных периодов времени, изучить различия между людьми и между популяциями. «Эти вопросы определенно мотивируют мою работу», - отметила она. «Есть вещи, которые сильно различаются у разных людей, например, жирные кислоты, которые зависят от генетики и диеты и, похоже, не так жестко регулируются молочными железами. Кроме того, у всех разный иммунный профиль, зависящий от предыдущего анамнеза или прививок».
Что еще более важно, исследование Джонсон подчеркивает наличие вариаций в человеческом молоке, возможность охарактеризовать их с помощью мультиомического подхода и то, как эти вариации влияют на здоровое развитие младенца. По мнению Бритт Гудс, инженера-биолога из Дартмутского колледжа, которая не принимала участия в этом исследовании, «одним из самых впечатляющих моментов в этом исследовании... было множество различных типов данных, которые они смогли получить, и всевозможные анализы, которые они смогли провести. Это может показаться очень простым, но на самом деле очень сложно сделать это эффективно и со статистической достоверностью». Гудс считает, что исследования грудного молока все еще находятся в зачаточном состоянии и что научному сообществу необходимо лучше понять его, прежде чем пытаться применить эти знания в клинике: «Мы не знаем, например, как изменения в составе белков могут быть связаны с изменениями у младенцев. Это исследование - действительно хороший пример того, куда движется область, поскольку оно помогает нам определить, какие вопросы мы должны задавать дальше».
Джонсон считает, что следующие шаги включают изучение когорты недоношенных детей, чтобы увидеть, повторяют ли они результаты, наблюдаемые в данном исследовании, и изучить, связаны ли различия в составе молока с положительными или отрицательными клиническими исходами у недоношенных детей. Она также заинтересована в поиске генетических вариантов, ассоциированных с метаболомом молока, которые, как можно надеяться, помогут предсказать его состав. «Есть много когорт, где у нас нет образцов молока или данных метаболомики молока, но есть генетическая информация», - отмечает она.
