高分文獻分享|菌群移植可通過母體轉(zhuǎn)移至嬰兒預(yù)防艱難梭菌感染

2022年11月10日丹麥技術(shù)大學(xué)國家食品研究所，在國際期刊《Microbiome》(IF:16.84)在線發(fā)表了題為“Cross-generational bacterial strain transfer to an infant after fecal microbiota transplantation to a pregnant patient: a case report”研究成果。

該研究通過對糞便捐獻者、孕婦和嬰兒的糞便樣本進行宏基因組測序和菌株水平分析，并進一步與收集的651名健康嬰兒和58名健康成年人的宏基因組樣本進行比較，發(fā)現(xiàn)一些特定的菌株從捐贈者轉(zhuǎn)移到患者身上，然后轉(zhuǎn)移到嬰兒，證明了跨代微生物轉(zhuǎn)移。

研究背景

糞便菌群移植(FMT)能有效預(yù)防艱難梭菌感染(CDI)的復(fù)發(fā)。捐贈者特定的微生物群落可能會長期植入受者體內(nèi)，但可能會進一步轉(zhuǎn)移到其他部位，包括將捐贈者特定的菌株垂直傳播給后代，目前還沒有進行調(diào)查。在該篇研究中，作者報告了特定的細菌菌株從FMT捐贈者跨代傳播給一名患有CDI的孕婦，并進一步傳遞給嬰兒。

技術(shù)路線

主要結(jié)果

1.供體、患者和嬰兒之間的腸道菌群組成差異

FMT前的患者顯示出比供體和所有后來的患者采樣時間點更低的物種/MGS 豐富度（圖 1A）。3個月和 6個月大的嬰兒表現(xiàn)出更低的微生物豐富度，但出生時的豐富度與母親相似，香農(nóng)多樣性也觀察到類似的模式。β 多樣性分析表明，F(xiàn)MT 前的患者與所有 FMT 后的樣本和供體很好地分開，3 個月和 6 個月大的嬰兒樣本也是如此。FMT后患者樣本與來自捐贈者、獨立捐贈者和出生嬰兒（胎糞）的樣本聚集在一起（圖1B）。

在科水平上，與供體相比，F(xiàn)MT 前患者的擬桿菌科、Ruminococcaceae、Rikenellaceae 的相對豐度較低，而毛螺菌科、雙歧桿菌科、丹毒桿菌科、Sutterellaceae 和 Veillonellaceae 的相對豐度較高。然而，在FMT之后，耗盡的菌群在很大程度上得到了恢復(fù)。與 FMT 前后的差異相比，F(xiàn)MT 后患者腸道微生物群組成的恢復(fù)也可以通過 FMT 前患者和供體之間屬水平豐度高度一致的微生物差異來證明。與實際供體相比，獨立供體顯示出不同的微生物組成。

伴隨著菌群的轉(zhuǎn)移，短鏈脂肪酸在不同樣品中也顯示出不同的濃度。與供者相比，F(xiàn)MT前患者和FMT治療后患者糞便中大多數(shù)SCFAs的濃度較低，即丁酸鹽、丙酸鹽和戊酸酯。

2.微生物在供體和患者之間的物種水平轉(zhuǎn)移

進一步評估了患者與實際供體或獨立供體之間隨時間推移在物種/MGS 水平上的腸道菌群差異（圖2A）。供體和患者之間的 Bray-Curtis 距離在 FMT 前非常大，但在 FMT 后 1 周顯著減少，此后呈逐漸增加趨勢，直到第 50 周，除了在第 26 周出現(xiàn)無法解釋的減少。估計了隨著時間的推移患者和供體之間共有物種的比例（圖2B）。在 FMT 之前，患者有 64.5% 的物種與供體相同，而在 FMT 之后，該比例在第1周增加到 90.8%，并且在 FMT 后 50 周之前一直保持較高水平，盡管有下降趨勢。獨立供體與患者共享的物種要少得多（圖 B）。

研究者進一步將患者 FMT 后腸道微生物群分為四類，即共有的、供體特異性的、受體特異性的和新檢測到的（圖2C)。結(jié)果表明，供體特定物種的百分比高，在第 1 周占 58.3%，并且在研究期間大致保持穩(wěn)定。相比之下，當在這些分析中使用獨立供體代替實際供體時，供體特定和共享物種的比例在所有采樣時間點都較低。此外，在 FMT 后跟蹤了轉(zhuǎn)移的供體特異性物種，發(fā)現(xiàn)其中超過 80% 的物種可以成功轉(zhuǎn)移并維持到 50 周，遠高于獨立捐贈者。由于供體特異性物種的轉(zhuǎn)移，根據(jù) BrayCurtis 相異性，F(xiàn)MT 后患者的腸道菌群組成與基線時（P-FMT 前）不同。盡管供體特異性物種在數(shù)量上所占比例大，但它們的豐度很低，并且主要來自擬桿菌科、毛螺菌科、梭菌科和瘤胃球菌科。因為豐度高的物種同時存在于供體和 preFMT 樣本中，無法檢測到細菌在物種水平上的轉(zhuǎn)移；因此，有必要對微生物轉(zhuǎn)移進行更深入的研究。

3.供體、患者和嬰兒之間菌株水平的微生物轉(zhuǎn)移

基于宏基因組數(shù)據(jù)中SNV的追蹤，在菌株水平上進一步研究了微生物的轉(zhuǎn)移。第一種方法（鑒別位置）估計了在P-pre-FMT和供體菌株中具有足夠覆蓋率的物種的供體和患者前FMT菌株的相對豐度，以識別它們之間的鑒別SNV（圖3A）。

當觀察相同等位基因的百分比時，鑒定出120個不同物種的菌株轉(zhuǎn)移，這接近捐贈者樣本中檢測到的所有物種(241個)的一半。在這120種細菌中，有116種在一個或多個患者樣本中也被檢測到，其中99%(115/116種)從供者向患者轉(zhuǎn)移了菌株(圖3C)。此外，我們在一個或多個患者樣本中觀察到14個物種的替代菌株。在嬰兒樣本中，檢測到87個不同的物種，并在其中92%(80個物種)發(fā)現(xiàn)了供體菌株植入。然而，在這80種細菌中，87.5%(70種)只在胎糞樣本中發(fā)現(xiàn)，在嬰兒以后的時間點在腸道中檢測到的供體菌株要少得多(3月樣本中3.8%[3/80]，6月嬰兒樣本中12.5%[10/80])。有趣的是，當同一物種的菌株在治療后在母親體內(nèi)共存時，兩種菌株也會轉(zhuǎn)移給嬰兒。

總體而言，基于鑒別等位基因識別的菌株轉(zhuǎn)移較少，但具有一致性，并且在一定程度上包含在基于相同等位基因百分比識別的菌株轉(zhuǎn)移中(圖3C)。例如，兩種方法都證實了雙歧桿菌中的菌株轉(zhuǎn)移，從而強調(diào)了實際的轉(zhuǎn)移事件。在供體菌株顯示植入母親的115個物種中，至少有一個嬰兒樣本也在物種水平上檢測到82個物種。在這82個物種中，有79個在嬰兒體內(nèi)也檢測到供體菌株，這表明大多數(shù)供體菌株(96.3%)是從母親傳給嬰兒的。

總結(jié)

該研究提出了從FMT捐贈者到孕婦并進一步轉(zhuǎn)移到新生兒的菌株轉(zhuǎn)移的證據(jù)。這些發(fā)現(xiàn)證實了在FMT治療期間引入腸道環(huán)境的外源菌株可能會在幾代人之間傳播，提出了一種調(diào)節(jié)腸道菌群的新方法。

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