研究表明，在顺产时，孩子会接触并获得母亲阴道中的微生物。在随后的哺乳期，孩子会吞咽获得母亲的皮肤微生物。那么，除了这些方式，母亲的微生物组“宝藏”还可以通过其他途径传递给孩子吗？

今天，我们共同关注母婴之间的微生物传递方式。希望本文能够为相关的产业人士和诸位读者带来一些启发与帮助。

母亲给予了孩子一切：爱、拥抱、亲吻……还有一支强大的微生物大军。

在出生时以及出生后几个月的亲密接触中，微生物会不断地从母亲转移到婴儿身上，成为婴儿微生物组的第一批种子。

麻省理工学院和哈佛大学的布罗德研究所的研究人员最近进行了一项研究，首次大规模调查了在出生后的第一年中，母亲微生物组和婴儿微生物组是如何共同进化的。

这项研究于2022年12月发表在《细胞》杂志上¹，研究表明，母亲对于婴儿微生物组的贡献并不仅限于提供完整的微生物细胞，还有一种被称为“可移动遗传元件”的DNA片段会从母亲的细菌“跳”到婴儿的细菌中，这种现象甚至在婴儿出生后的几个月依然存在。

这种转移方式此前从未有人报道过，但它可能在促进婴儿的生长和发育中发挥了关键作用。威康桑格研究所的首席生物信息学家Victoria Carr没有参与这项研究，但她表示，了解孩子的微生物组是如何进化的，可以解释为什么有些孩子比其他孩子更容易患上某些疾病。

“这是一个大问题：我们身上的微生物是怎么来的？”意大利特伦托大学的教授Nicola Segata如是说，她也没有参与这项研究。

我们的身体不仅是人体细胞的家园，也是细菌的家园，这两者的数量相当，并且大多数细菌都生活在我们的肠道内。我们每个人都拥有大量不同的细菌物种和菌株，这些细菌是在生活中不断获得的。

但科学家认为，生命孕育之初是无菌的，也就是说母亲的子宫是一个无菌环境。微生物的第一次主要定植，是在婴儿离开子宫出生时。这种来自母亲的细菌赠礼为孩子体内繁荣的微生物群落提供了基础，并可能影响了他们的一生，

由于出生方式的差异，剖腹产出生的婴儿不会和顺产出生的婴儿获得一样的微生物，但随着他们的成长，微生物会慢慢定植。

Segata解释说，微生物组的作用之一是在生命最初的几年中，调节宿主的免疫系统和代谢。他说，这些微生物对机体最初的训练“可能会产生长期的后果，目前我们仍不能充分理解这一点”。

哥德堡大学的内科医生和研究员Karolina Jabbar是这项研究的共同第一作者，她表示，这是因为微生物组的代谢物或化学产物被认为会影响婴儿认知和免疫系统的发育，尤其是在出生前后1000天的敏感时期内。

图. 婴儿体内的细菌有助于调节认知和免疫系统。

这项研究由布罗德研究所卡拉曼细胞观察台（Klarman Cell Observatory）主任Ramnik Xavier领导，在该研究中，研究人员收集了70对母亲和婴儿的粪便样本，从妊娠早期开始收集，一直持续到婴儿出生后的第一年。

随后，研究人员测定了样本中微生物和化合物的混合情况，并进行了遗传分析，以确定样本中包含哪些微生物物种和菌株。有了这些数据，研究人员就可以分析母亲和婴儿的微生物组在这段时间内是如何共同进化的。

正如他们所料，婴儿的微生物组与母亲的不同，饮食对婴儿微生物组的影响非常明显。这些婴儿有数百种母亲没有的代谢物。

令研究团队最惊讶的是，即使婴儿缺乏母亲体内存在的菌株，婴儿的微生物组中仍然含有属于这些菌株的基因片段。

“这些微生物物种如何能够在不成为婴儿微生物组的一部分的情况下影响婴儿的微生物组成呢？”Jabbar说。

她和她的同事想知道这是否可以用基因水平转移来解释，这是一个奇怪的过程——基因会从一个物种“跳”到另一个物种，而不是通过遗传的方式传给后代。基因水平转移在细菌群落中很常见，例如，这一过程极大地促进了多种病原体中耐抗生素基因的传播，并且多细胞生物中也被发现会出现基因水平转移。

尽管如此，研究人员一开始根本没有想到数百个基因会在细菌群落之间“跳跃”——从母亲的微生物组到婴儿的微生物组。赫尔辛基大学的研究员、该论文的共同第一作者Tommi Vatanen说：“一开始我们根本不相信发生了这一过程。”

研究人员推测，当在母亲肠道中繁殖的细菌无法在婴儿肠道这一陌生环境中生存时，基因水平转移现象可能最为明显。

母亲的细菌可能通过婴儿吞咽母乳和释放的孢子进入婴儿体内。一些细菌将不可避免地无法在孩子的体内定植并消失，但它们可能会在婴儿体内存在足够长的时间，让某些基因序列转移到定植更成功的细菌中。如果这些基因序列在婴儿肠道内的细菌基因组中扎根，它们就可以为婴儿带来它们编码的功能。

Carr说：“即使是短暂存在的微生物也能对那些持久定植的微生物产生如此大的影响，这真的太有意思了。”

图.麻省理工学院和哈佛大学的布罗德研究所的Ramnik Xavier（左）、哥德堡大学的Krolina Jabbar（中）和赫尔辛基大学的Tommi Vatanen（右），他们最近对母婴微生物组进行了大规模调查。

在某些情况下，这种基因的转移可能是由前噬菌体造成的。在婴儿肠道的压力环境中，前噬菌体可能变得活跃，并开始携带着嵌入其中的细菌基因在细菌之间转移。

对婴儿粪便样本进行了分析后，Vatanen、Jabbar和他们的同事发现了一个明显的例子：一个整合了一种细菌DNA的前噬菌体，几个月后出现在了另一种细菌中。

Vatanen说：“这是非常有说服力的证据，表明这种特殊的噬菌体在两个不同的物种之间转移。”研究人员还发现，基因还会通过其他方式在细菌物种之间转移，比如通过细胞间的直接接触，或者通过吞噬释放到环境中的DNA。

此外，一些可移动遗传元件有助于碳水化合物和氨基酸的代谢，因此可能对细菌大有裨益。

Jabbar说，例如，研究结果表明，母乳中与消化碳水化合物有关的微生物基因可能以这种方式从母亲微生物组传给婴儿微生物组。研究人员不确定这种基因水平转移是否直接有益于婴儿，但组建一个功能更强的肠道微生物组，可能有助于婴儿免疫系统的发育。

其中一些基因序列在出生几个月后出现在新的细菌中，这表明在这段时间内基因转移持续发生。目前尚不清楚这种转移是否也会在出生前发生，但研究人员确实发现，母亲的微生物组在妊娠期间发生了变化。其中一些变化似乎会影响人体对葡萄糖的耐受能力。这些发现表明，一些孕妇患妊娠糖尿病可能与微生物组有关。

研究人员收集婴儿粪便样本的同时，也采集了他们的免疫细胞样本。现在研究人员正计划使用这些样本来研究婴儿携带的细菌，包括那些含有可移动遗传元件的细菌，如何与免疫细胞相互作用。这些实验的结果将帮助我们更好地理解为什么有些人会患上过敏或自身免疫疾病以及这些疾病是如何发生的。

自从遗传学先驱Barbara McClintock于20世纪40年代发现基因转座以来，人们就知道了可移动遗传元件的存在，McClintock也因此获得了诺贝尔奖。

Carr说：“但直到最近，人们才真正对它进行了如此深入的描述。现在我们得到了更多的见解，我们意识到，实际上，可移动遗传元件的影响比我们以前意识到的更大。”

事实证明，对我们来说，这种影响可能在生命早期就开始了。

参考文献：

1. Vatanen T, Jabbar K S, Ruohtula T, et al. Mobile genetic elements from the maternal microbiome shape infant gut microbial assembly and metabolism[J]. Cell, 2022, 185(26): 4921-4936. e15.