Dans une étude récente publiée dans Celluleles chercheurs ont utilisé une approche multi-omique pour profiler les microbiomes intestinaux et les métabolomes des mères et des nourrissons afin de déterminer la transmission verticale et horizontale des espèces et souches bactériennes ainsi que des gènes individuels et de comprendre la dynamique de l’assemblage du microbiome intestinal qui façonne le développement de l’enfant avant et après la naissance.
Sommaire
Arrière plan
La transmission verticale des bactéries intestinales de la mère au fœtus pendant la grossesse et le transfert horizontal des microbes par le lait maternel jouent un rôle vital dans le développement physique et cognitif du nourrisson longtemps après la naissance. Des études ont montré des associations entre la composition du microbiote intestinal du lait maternel et le développement du système immunitaire du nourrisson, ainsi que des maladies auto-immunes et des allergies. En outre, les allergies et les maladies auto-immunes ont également été liées à des protéines exogènes dans les préparations pour nourrissons.
Les métabolites produits par le microbiote intestinal sont également associés au développement cognitif du nourrisson. Cependant, le développement des microbiomes et des métabolomes intestinaux au stade périnatal et leur rôle dans le développement du nourrisson restent flous.
À propos de l’étude
Dans la présente étude, les chercheurs ont utilisé des échantillons de sérum infantile et des échantillons fécaux collectés longitudinalement auprès de 137 mères et 74 nourrissons, dont 70 paires de mères et de nourrissons. Les échantillons ont été soumis à diverses analyses, notamment un séquençage métagénomique profond, des tests pour mesurer les cytokines circulantes, les marqueurs d’inflammation intestinale et la perméabilité intestinale, ainsi qu’un profilage non ciblé des métabolites fécaux.
Les changements et les associations entre les profils métabolomiques et métagénomiques des mères et des nourrissons au fil du temps ont été évalués. Deux approches ont été utilisées pour analyser les données métabolomiques – des normes de référence ont été utilisées pour annoter les pics, et les rapports masse-charge ont été cartographiés dans la base de données du métabolome humain pour identifier les caractéristiques métabolomiques de composés uniques.
De plus, les haplotypes de polymorphisme nucléotidique unique (SNP) des souches dominantes d’espèces bactériennes ont été analysés pour identifier les souches identiques entre les mères et les nourrissons. Les événements qui comprenaient l’apparition de ces souches apparaissant dans le microbiome intestinal du nourrisson ont été notés. De plus, l’influence de l’abondance relative des espèces de microbes intestinaux maternels sur la structure du microbiome intestinal du nourrisson a également été analysée pour déterminer la contribution maternelle à l’assemblage du microbiome intestinal du nourrisson.
Des paires contig de mères et de nourrissons qui avaient partagé des gènes de microbes intestinaux ont été alignées par paires pour confirmer le transfert de gènes entre les mères et les nourrissons. Les gènes partagés ont été cartographiés dans des bases de données telles que uniprot, Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes et la généalogie évolutive des gènes : groupes orthologues non supervisés (eggNOG) pour déterminer l’implication des gènes avec des fonctions liées au mobilome telles que la conjugaison et la transduction dans le gène horizontal transfert. L’abondance biologique et la prévalence des gènes microbiens ont été calculées pour mieux comprendre la pertinence du transfert de gènes interspécifiques de la mère au nourrisson.
Les profils métabolomiques des mères et des nourrissons ont été comparés, et les caractéristiques spécifiques aux nourrissons dans les profils métabolomiques ont été étudiées pour déterminer les schémas longitudinaux. De plus, la spectrométrie de masse en tandem a été utilisée pour déterminer l’association entre le lait maternel et le métabolome du nourrisson. Les effets du régime alimentaire sur les nourrissons ont été étudiés en comparant les profils métagénomiques et métabolomiques et les marqueurs d’inflammation systémique et intestinale des nourrissons allaités avec ceux des nourrissons ayant reçu une formule hydrolysée ou régulière.
Résultats
Les résultats font état d’un transfert à grande échelle, de la mère au nourrisson, d’éléments génétiques mobiles habituellement associés à des gènes impliqués dans les adaptations liées à l’alimentation. La diversité des métabolomes infantiles était inférieure à celle des mères, mais les métabolomes infantiles contenaient un grand nombre de nouvelles associations microbes-métabolites et de métabolites uniques qui n’étaient pas trouvés dans les métabolomes des mères. Une telle association qui était unique aux métabolomes infantiles était la relation inverse entre Bifidobactérie longue et l’inosine, qui possède des propriétés immunomodulatrices et neuroprotectrices.
Les marqueurs d’inflammation tels que les signatures de cytokines et les profils du métabolome des nourrissons allaités étaient significativement différents de ceux des nourrissons qui recevaient la formule régulière non fortement hydrolysée. Les nourrissons qui ont reçu du lait maternel ont montré une augmentation des marqueurs d’inflammation intestinale tels que la bêta-défensine 2 et la calprotectine fœtale, qui étaient inversement corrélés aux marqueurs pro-inflammatoires. De plus, les microbes trouvés dans le lait maternel étaient positivement associés aux eicosanoïdes et à d’autres médiateurs inflammatoires intestinaux chez les nourrissons. Les nourrissons nourris au lait maternel ont subi une maturation immunitaire précoce, ce qui a entraîné une tolérance immunitaire accrue.
Les profils métaboliques ont également révélé des changements dans les acides biliaires fécaux chez les femmes enceintes, qui étaient corrélés à une augmentation de la conjugaison de la taurine. Le microbiote intestinal a montré une augmentation de Bilophile wadsworthia, une espèce bactérienne qui réduit les sulfates et dégrade la taurine.
conclusion
Dans l’ensemble, les résultats ont indiqué que le microbiote maternel et les facteurs alimentaires influencent le co-développement du microbiome et du métabolome des nourrissons et affectent leur développement neurologique et leur maturation immunitaire. De plus, les influences maternelles sur le microbiome intestinal et les activités métaboliques des nourrissons s’exercent également par le transfert horizontal de gènes entre les espèces de la mère au nourrisson. De plus, l’identification des interactions microbes-métabolites propres aux nourrissons indique que les microbes jouent un rôle important dans le développement précoce, qui doit être exploré plus avant.
