细菌和病毒从母亲到婴儿的不一致传播

细菌和病毒从母亲到婴儿的不一致传播

谷禾健康 原创

在婴儿出生的最初几天,婴儿肠道微生物群的一部分可以追溯到多种母体来源,包括阴道、皮肤、口腔和肠道微生物群。然而,在这些来源中,在母亲肠道中发现的细菌定植是长期坚持的主要驱动力。事实上,通过垂直传播的细菌(如双歧杆菌、瘤胃球菌、粪球菌)在婴儿肠道中进行接种会导致转录活性定植。婴儿肠道所经历的这一生一次的生态转变对于塑造婴儿的生长、抵抗感染力量、校准炎症和调节免疫功能产生持久和重要的影响。但是对于婴儿肠道早期病毒定植以及垂直传播是否起作用,人们知之甚少。

近日,一项发表在Microbiome杂志上来自美国亚利桑那州立大学生命科学学院和华盛顿大学医学院儿科合作研究成果:“Discordant transmission of bacteria andviruses from mothers to babies at birth(细菌和病毒从母亲到婴儿的不一致传播,其结果表明虽然母亲和婴儿确实分享了一些肠道微生物群落,但细菌的分享程度比病毒的分享程度更大。此外,在不同的家族之间,甚至在家族内部,共享的比例和特定的分类单元也不同。最后,细菌-噬菌体的相互作用因传递途径的不同而不同。而且,主要微生物群落在婴儿出生时的代际遗传率存在差异,这可能是由于这些微生物的起源可能不同。

文章链接DOI: 10.1186 / s40168-019-0766-7

实验设计和研究方法:

该研究研究选择了28对双胞胎婴儿出生4天内的粪便样本,以及其母亲产后4天内对应的粪便样本,对肠道菌群进行16S V4区扩增测序,同时过滤出病毒后进行扩增建库测序检测病毒组构成。使用MaAslin对队列基本信息和菌群以及病毒组进行相关性统计分析。使用RanodmForest对队列分类信息进行分类预测。

病毒组测序数据经过contig组装后,进一步分析了家庭内部成员之间的病毒转移,主要是母亲和婴儿共享的病毒。此外也分析了跨界的细菌和病毒的互作,使用Pearson相关分析细菌ASV与病毒contig之间的相关。统计方法使用Mann-Whitney U test进行两独立组间统计差异检验, Kruskal-Wallis test和Dunn多重比较用于三组或多组间比较。所有p值均为双尾检验。

结果

婴儿细菌和病毒群落比不相关的婴儿更像其相关双胞胎。我们发现,婴儿细菌微生物组的63%可以追溯到母亲的肠道菌群。相比之下,他们的病毒社区中只有15%是从母亲那里获得的。分娩途径并未确定母亲与婴儿之间共有多少细菌性微生物组或病毒体。然而,细菌-噬菌体的相互作用被传递途径所改变。

1  婴儿双胞胎及其母亲的肠道细菌微生物组

1母亲和婴儿的细菌菌群分析

a研究设计的概述。

b婴儿和母亲中细菌扩增子序列变异体(ASV)的丰富性。通过Mann-Whitney检验评估统计显着性。

c母亲和婴儿中细菌ASV的α多样性。通过Mann-Whitney检验评估统计显着性。

d母亲和婴儿在门水平细菌的相对丰度;I1(婴儿双胞胎1)和I2(婴儿双胞胎2)。

e加权UniFrac距离的PCoA图。

f婴儿和母亲之间的加权UniFrac成对比较。通过Mann-Whitney检验评估统计显着性。

g相关母婴之间(n = 27对)和不相关母婴之间(n = 765对)的加权UniFrac两两比较。通过Mann-Whitney检验评估统计显着性。

h双胞胎之间(n = 11对双胞胎)和无关婴儿(n = 517对)之间的加权UniFrac成对比较。通过Mann-Whitney检验评估的统计学显着性

表明:双胞胎之间的距离与接合性没有差异(附加文件  1:图S1F),表明年龄和环境暴露是细菌群落的更重要决定因素。

图2 细菌ASV传播分析。

a母亲和婴儿之间共享的ASV数量以及与母亲共享的婴儿细菌微生物组的相对丰度。

b通过分娩途径与婴儿共享的母体细菌微生物组的平均相对丰度。通过Mann-Whitney检验评估统计显着性。

c通过分娩途径与母亲共享的婴儿细菌微生物组的平均相对丰度。通过Mann-Whitney检验评估统计显着性。

d两对双胞胎中都存在ASV的相对丰度(> 0.05)。分类显示在属级别。

e 10个最常发送的ASV的频率图

这些数据共同表明,母亲与婴儿分享的细菌群落比例相对较小,这些共有的分类单元对婴儿的细菌微生物组做出了重大贡献,并且共享(母亲)或接受(婴儿)的数量没有变化运送路线。

2 婴儿双胞胎及其母亲的肠道病毒

图3. 母亲和婴儿的病毒学分析。

对婴儿和母亲的病毒种类丰富性。通过Mann-Whitney检验评估统计显着性。b使用香农指数的母亲和婴儿病毒物种的阿尔法多样性。通过Mann-Whitney检验评估统计显着性。

c每个家庭中母亲和相关婴儿在家庭一级的噬菌体相对丰度。I1(婴儿双胞胎1)和I2(婴儿双胞胎2)。

d真核生物家庭和婴儿和母亲未分类类别的热图。使用Bray-Curtis距离的

e PCoA图。颜色代表婴儿或母亲的样本类别。

f相关双胞胎之间和无关双胞胎之间的病毒物种的Bray-Curtis距离。通过Mann-Whitney检验评估统计显着性。

g相关母婴之间和无关母婴之间病毒种类的Bray-Curtis距离。通过Mann-Whitney检验评估统计显着性。

h婴儿和母亲体内病毒种类的Bray-Curtis距离。通过Mann-Whitney检验评估的统计学显着性

这些数据表明,年龄相关的病毒学差异很大(即标本来自成人还是婴儿),这可能会使相关母婴对之间家族关系的评估混淆。

图4病毒重叠群传播分析。

a母婴共享的重叠群的数量,以及母婴共享的婴儿病毒的比例。

b与婴儿共享或仅由母亲共享的母亲病毒的平均重叠群比例。

c通过分娩途径与母亲共享的婴儿病毒的平均重叠群比例。通过Mann-Whitney检验评估统计显着性。

d按分娩途径与婴儿共享的母体病毒的平均重叠群比例。通过Mann-Whitney检验评估统计显着性。

e婴儿共享病毒重叠群数量与母体重叠群总数的关系图。线性回归线拟合数据

表明:与细菌微生物组不同,婴儿与母亲仅分享肠道病毒的有限比例(约15%)。这些结果也通过对VirSorter鉴定的噬菌体重叠群的分析进行了验证。

三 分娩途径影响细菌与噬菌体之间的跨异界相互作用

图5细菌和噬菌体之间的跨动相互作用。婴儿和母亲之间共享的细菌性ASV和病毒重叠群的相关性。热图显示了通过分层聚类对阴道分娩(左)的婴儿中的细菌ASV和噬菌体重叠群之间的Pearson相关性。剖腹产婴儿的相关性(右)按照与阴道分娩婴儿相关性相同的顺序进行聚类。用粉红色和绿色勾勒出阴道分娩的孕妇与剖腹产之间的跨性别互动差异的示例。

表明递送途径可能影响细菌微生物组和病毒体之间的相互作用。

结论

母体肠道微生物组会显着影响婴儿肠道微生物组的获取。与病毒垂直传播相比,细菌微生物组的垂直传播要高得多。但是,母婴肠道细菌微生物组和病毒体之间的相似程度并没有因分娩途径而异。双胞胎对之间细菌微生物组和病毒体的相似性比无关双胞胎更大,这可能反映了共同的环境暴露。而且主要微生物群落代际遗传率(代际遗传,指两代人之间的遗传关系,)在婴儿出生时存在差异,也表明这些群落的起源可能不同。

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