Ранний период жизни - важнейшее окно возможностей для развития новорожденного, когда закладываются основы последующей жизни.
Время и источник колонизации микробиоты играют незаменимую роль в формировании оптимального здоровья. Первоначальные колонизаторы выполняют важные функции, такие как расщепление сложных соединений, например, бифидобактерии участвуют в расщеплении олигосахаридов человеческого молока для получения энергии и синтеза витаминов и метаболитов, таких как витамины B и K и короткоцепочечные жирные кислоты. Они защищают от колонизации патогенами - явление, называемое колонизационной резистентностью, и участвуют в нейронном развитии и иммунном программировании, поскольку в этот период происходит созревание нейрокогнитивных функций и иммунитета.
У младенцев простая микробная структура кишечника, состоящая из меньшего количества видов бактерий, чем у взрослых, стабилизируется к 3-4 годам жизни. На микробиоту кишечника в раннем возрасте влияют несколько факторов, включая, в частности, гестационный возраст, способ родоразрешения (вагинальный или кесарево сечение), привычки вскармливания (грудное вскармливание или смеси) и прием антибиотиков как младенцем, так и матерью.
Кишечник младенца считается резервуаром генов антибиотикорезистентности (ARG). Высокое содержание ARG ассоциировано с гамма-протеобактериями, что обусловлено их внутренней резистентностью и высоким уровнем колонизации в раннем возрасте. Младенцы, рожденные путем кесарева сечения (КС), колонизируются большим количеством условно-патогенных микроорганизмов, относящихся к таким таксонам, как Escherichia coli, Klebsiella и Enterobacter, что часто приводит к более частому использованию антибиотиков и носительству ARG у таких младенцев.
Резистентность к антибиотикам является глобальной проблемой здравоохранения. Септические инфекции, вызванные антибиотикорезистентными бактериями, являются причиной 214 000 неонатальных смертей в год, из которых бактерии с множественной лекарственной резистентностью (MDR) вызывают 30%. Непосредственным эффектом после лечения антибиотиками обычно является общее снижение разнообразия микробиоты кишечника, включая комменсалов, что способствует колонизации штаммов, резистентных к антимикробным препаратам (AMR), в результате селективного давления. Все больше доказательств демонстрируют связь между применением антибиотиков и нарушением микробиоты в раннем возрасте, ростом ARGs, а также связь с развитием заболеваний в последующей жизни.
КС и применение антибиотиков - распространенные виды медицинской практики, но оба они нарушают естественный процесс колонизации микроорганизмов, влияя на долгосрочное здоровье человека. Однако в понимании того, как нарушение микробиоты при различных способах родов и применении антибиотиков может усилить или ослабить резистентность кишечника с возрастом младенца, до сих пор существуют значительные пробелы.
В данном исследовании изучалось совместное влияние способа родов путем КС и приема антибиотиков на мета-таксономическое разнообразие и частоту встречаемости ARG в течение первых нескольких недель жизни путем сравнения с контрольными группами, рожденными путем КС и вагинального родоразрешения без применения антибиотиков. Кроме того, было изучено влияние воздействия антибиотиков в раннем возрасте на резистом и функциональный профиль микробиоты кишечника детей в возрасте до 2 лет.
Оказалось, что роды с КС и воздействие антибиотиков в раннем возрасте оказывают двойное негативное влияние, приводя к значительному снижению микробного разнообразия и увеличению частоты ARG, причем доминирующим фактором влияния является использование антибиотиков. Более того, влияние применения антибиотиков в раннем возрасте проявлялось вплоть до двухлетнего возраста: у новорожденных, подвергшихся воздействию антибиотиков, наблюдалось расширение профиля резистома.
Методы
Было проанализировано 208 образцов от 45 детей, собранных от рождения до 2 лет в пяти временных точках (1, 4, 8, 24 недели, 2 года). На основе метода дробной метагеномики сравнивали микробный состав кишечника и профиль резистома в раннем возрасте новорожденных, разделенных на три группы: вагинальные роды/без антибиотиков в первые 4 дня жизни, кесарево сечение/без антибиотиков в первые 4 дня жизни и кесарево сечение/антибиотики в первые 4 дня жизни. Гентамицин и бензилпенициллин были наиболее часто назначаемыми антибиотиками в течение первой недели жизни этой когорты.
Результаты
Микробный состав кишечника новорожденных различался во всех трех группах, причем в возрасте 2 лет наблюдалось более высокое разнообразие и стабильный состав по сравнению с первой неделей. Увеличение микробного разнообразия с 1-й по 4-ю неделю только в группе, подвергшейся кесареву сечению и воздействию антибиотиков, отражает эффект применения антибиотиков в первые 4 дня жизни, с постепенным увеличением в дальнейшем.
В целом, относительная численность Actinobacteria и Bacteroides была значительно выше в группе вагинальных родов/без применения антибиотиков, в то время как Proteobacteria была выше у детей, рожденных путем кесарева сечения/подвергшихся воздействию антибиотиков. Штаммы видов, принадлежащих к Bifidobacterium и Bacteroidetes, в целом были постоянными колонизаторами, причем виды Bifidobacterium breve и Bifidobacterium bifidum были основными постоянными колонизаторами во всех трех группах. В группе вагинальных родов/без антибиотиков преобладали бактерии Bacteroides, а виды Bacteroides ovatus и Phocaeicola vulgatus были постоянными колонизаторами в группах без антибиотиков. Большинство штаммов, несущих гены антибиотикорезистентности, принадлежали к филам Proteobacteria и Firmicutes, при этом в группе кесарева сечения/антибиотикотерапии наблюдалась более высокая частота генов антибиотикорезистентности (ARG).
Заключение
Эти данные показывают, что воздействие антибиотиков оказывает немедленное и стойкое влияние на микробиом кишечника в раннем возрасте. Два антибиотика, использовавшиеся в исследовании, способствовали отбору штаммов (в основном протеобактерий) с множественной лекарственной резистентностью (MDR), что, предположительно, является отражением их эволюционной линии воздействия и приводит к формированию обширного и разнообразного резистома.
