Los investigadores han descubierto un nuevo modo de transmisión microbiana vertical de madre a hijo, donde los microbios en el intestino materno compartieron genes con los microbios en el intestino infantil durante el período perinatal que comienza inmediatamente antes del nacimiento y se extiende hasta las primeras semanas después del nacimiento. Esta transferencia horizontal de genes permitió que las cepas microbianas maternas influyeran en la capacidad funcional del microbioma infantil, en ausencia de transmisión persistente de las propias cepas microbianas. Tal análisis integrador a gran escala, presentado el 22 de diciembre en la revista Celdaproporciona una serie de instantáneas de alta resolución de la dinámica de colonización intestinal que influye en el desarrollo infantil antes y después del nacimiento.
«Este es el primer estudio que describe la transferencia de elementos genéticos móviles entre microbiomas maternos e infantiles», dice el autor principal del estudio, Ramnik Xavier, del Instituto Broad del MIT y Harvard. «Nuestro estudio también, por primera vez, integró el microbioma intestinal y los perfiles metabolómicos de madres y bebés y descubrió vínculos entre los metabolitos intestinales, las bacterias y los sustratos de la leche materna. Esta investigación representa una perspectiva única en el desarrollo conjunto de microbiomas y metabolomas intestinales infantiles. bajo la influencia de factores maternos y dietéticos conocidos».
Las bacterias intestinales promueven la maduración del sistema inmunológico en parte a través de la producción de metabolitos microbianos. El desarrollo del microbioma intestinal infantil sigue patrones predecibles, comenzando con la transmisión de microbios de la madre al nacer. Además de la maduración del sistema inmunitario, los metabolitos microbianos también influyen en el desarrollo cognitivo temprano. El período perinatal representa una ventana crítica para el desarrollo del sistema inmunológico y cognitivo, promovido por la microbiota intestinal materna e infantil y sus metabolitos. Sin embargo, el desarrollo conjunto de microbiomas y metabolomas durante el período perinatal y los determinantes de este proceso no se comprenden bien.
Para abordar esta brecha de conocimiento, Xavier y sus colegas rastrearon el desarrollo conjunto de microbiomas y metabolomas desde el final del embarazo hasta el año de edad utilizando datos multiómicos longitudinales de una cohorte de 70 díadas de madre e hijo. Descubrieron la transferencia entre especies de madre a hijo a gran escala de elementos genéticos móviles, que frecuentemente involucraba genes asociados con adaptaciones relacionadas con la dieta. Los metabolomas intestinales infantiles fueron menos diversos que los metabolomas maternos, pero presentaban cientos de metabolitos únicos y asociaciones de microbios y metabolitos que no se detectaron en las madres. Los metabolomas y las firmas de citocinas séricas de los lactantes que recibieron fórmula regular, pero no ampliamente hidrolizada, fueron distintos de los de los lactantes alimentados exclusivamente con leche materna.
«El intestino infantil albergaba miles de metabolitos únicos, muchos de los cuales probablemente fueron modificados a partir de sustratos de la leche materna por bacterias intestinales», dice Tommi Vatanen, coautor del estudio junto con Karolina Jabbar, ambos del Instituto Broad del MIT y Harvard. «Muchos de estos metabolitos probablemente afecten el sistema inmunológico y el desarrollo cognitivo».
El embarazo se asoció con un aumento de los compuestos esteroideos, incluidos los derivados de hormonas gonadales y los productos intermedios de la biosíntesis de ácidos biliares, varios de los cuales se relacionaron de forma independiente con la intolerancia a la glucosa. Aunque los metabolomas intestinales infantiles eran menos diversos que los metabolomas maternos, los investigadores detectaron más de 2500 características metabolómicas exclusivas de los niños. Además, identificaron numerosas asociaciones específicas para bebés de especies bacterianas y metabolitos fecales, incluidos neurotransmisores e inmunomoduladores.
«Nos sorprendió descubrir que las bacterias intestinales maternas que rara vez se observaban en los bebés contribuyeron a la estructura del microbioma intestinal infantil», dice Xavier. el intercambio de elementos genéticos móviles entre microbiomas maternos e infantiles».
Los autores dicen que el microbioma materno puede dar forma al microbioma intestinal infantil a través de la transferencia horizontal de genes, además de la transmisión vertical clásica de cepas y especies. Además, la identificación de perfiles metabolómicos distintivos y de interacciones entre microbios y metabolitos en el intestino infantil constituye una plataforma para un mayor estudio de las contribuciones microbianas al desarrollo infantil.
Una limitación del estudio fue que los investigadores no consideraron los cambios en la dieta y el estilo de vida entre el embarazo y el posparto, lo que puede haber afectado las alteraciones del microbioma y el metaboloma. En estudios futuros, planean explorar más a fondo los vínculos entre las bacterias y los metabolitos e investigar la producción metabólica bacteriana específica de la cepa utilizando bacterias aisladas in vitro.
«En conjunto, nuestro análisis integrador amplía el concepto de transmisión vertical del microbioma intestinal y proporciona nuevos conocimientos sobre el desarrollo de microbiomas y metabolomas maternos e infantiles durante el final del embarazo y los primeros años de vida», dice Xavier.
Este trabajo fue financiado por los Institutos Nacionales de Salud, la Fundación de Investigación de Diabetes Juvenil, el Centro de Informática y Terapéutica del Microbioma y las Fundaciones Wallenberg. Xavier es cofundador de Jnana Therapeutics y Celsius Therapeutics, director de la junta de MoonLake Immunotherapeutics y consultor de Nestlé; estas organizaciones no tuvieron ningún papel en el estudio. Todos los demás autores declaran no tener intereses en competencia.
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