STM封面：抗生素破坏婴儿的肠道菌群

　　

生物通报道：最近，研究人员通过婴儿出生后头三年肠道微生物种群变化的综合分析，揭示了一些因素——如出生模式（阴道分娩或剖腹产）和抗生素暴露（包括多种抗生素治疗）的影响。这项研究以封面故事的形式，发表在6月15日的《Science Translational Medicine》杂志，由马萨诸塞州总医院(MGH)和Broad研究所带领的一个研究小组完成，可能有助于了解肠道微生物组是如何建立的，以及儿童体内的微生物组合如何可能引发某些发育疾病，如1型糖尿病和炎症性肠病。

本文通讯作者、MGH胃肠部门主任、Broad研究所成员Ramnik Xavier博士指出：“微生物组研究的一个主要动机是，儿童早期的微生物种群似乎对人类健康是至关重要的，因为肠道微生物的多样性减少，可引起很多过敏和自身免疫性疾病。我们的研究不仅以很高的分辨率分析了肠道微生物组，而且还使我们能够识别微生物物种和品系，通过对我们的研究参与者进行随访，我们也能够发现通过单个患者单一样本所不能发现的结果。

与芬兰一个共事多年的研究小组合作，MGH/Broad研究团队招募了一批孩子（39个），从他们出生后每月采集他们的粪便样本，并持续到36个月大。研究人员使用一种标准的RNA测序程序，分析每份样本，以识别微生物种群，并对约25%的样品进行了更详细的全基因组测序，以揭示所鉴定的微生物物种的特殊品系。在研究期间，有20名参与者接受了抗生素治疗呼吸道或耳部感染，接着接受了9到15种治疗方法。

研究发现，发展中的肠道微生物组的许多特点，在所有研究参与者之间是一致的，在相似的年龄点上，存在有特定物种的存在以及许多物种兴衰存亡。研究人员还从先前关于“母乳喂养的影响”的研究结果，发现了一些明显的差异。早期的研究比较了母乳喂养和奶粉喂养的孩子，发现那些母乳喂养时间更长的孩子，双歧杆菌物种的丰度有所增加。在这项研究中所有的孩子都母乳喂养了一段时间，虽然母乳喂养的时间长短和双歧杆菌的水平之间有一些相关性，但是在这一组里有一些孩子，即使是母乳喂养也具有低水平的这类细菌。

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先前的研究也发现了一个特定的微生物标签，在破腹产的婴儿出生后前六个月期间，拟杆菌属的丰度较低。在当前的研究中，研究人员在四个剖腹产的孩子中发现了相同的模式，但也惊奇地发现，这也发生在七个阴道分娩出生的孩子中。并没有明确的因素——包括孕产妇抗生素治疗，可以区分具有/不具有低拟杆菌标签的、阴道分娩出生的孩子，但由于这一模式与总体微生物的多样性减少有关，因此这还有待于进一步的调查研究。

已经暴露于抗生素治疗的孩子具有降低的微生物种群多样性，在那些也有低拟杆菌标签的孩子当中，这个差异更大。全基因组测序还发现，在暴露抗生素的孩子中，细菌物种倾向于更少，或者由一个株系控制，而那些不使用抗生素治疗的孩子当中，则出现了几个物种和菌株。随着时间的推移，许多样本的分析显示，抗生素暴露的孩子们的微生物组更不稳定，尤其是在抗生素治疗期间。

在抗生素治疗期间，已知可引起抗生素耐药性的基因增长迅速。编码在细菌染色体上的耐药性基因水平，在停止治疗后迅速下降。但是，编码在小DNA分子（称为可动因子，耐药性基因在细菌之间传递的一种手段）上的耐药性基因，在停药后持续更长的时间。

Xavier说：“接下来，我们想调查的是，在生命的第一周微生物是如何建立的——尤其是，传播的主要机制是什么？早期肠道微生物组成是如何影响孩子们的健康？在这项研究中完成的高分辨率测序，应该可让我们更好地了解婴儿肠道微生物组的自然历史，以及抗生素和环境因素引起的扰动所带来的影响。”

理解肠道菌对代谢、免疫和行为的影响，一直是科学家们的研究热点。2015年5月《Cell Host & Microbe》推出了“The Host-Microbiota Balance”特刊，通过一系列文章探讨了宿主与共生菌之间的平衡，特别是婴儿的微生物组。相关阅读：断奶、抗生素都会影响孩子的微生物组。

今年1月份的一项新研究发现，在芬兰儿童中使用的一组叫作大环内酯类的抗生素，与肠道微生物群的改变、哮喘风险的增加以及超重有关。相关成果发表于《自然—通讯》。据介绍，大环内酯类抗生素能有效治疗肺部和胸腔感染，被广泛作为一种替代抗生素用于对青霉素过敏的人群。相关阅读：抗生素影响儿童肠道菌群。

（生物通：王英）

生物通推荐原文摘要：
Natural history of the infant gut microbiome and impact of antibiotic treatment on bacterial strain diversity and stability
Abstract: The gut microbial community is dynamic during the first 3 years of life, before stabilizing to an adult-like state. However, little is known about the impact of environmental factors on the developing human gut microbiome. We report a longitudinal study of the gut microbiome based on DNA sequence analysis of monthly stool samples and clinical information from 39 children, about half of whom received multiple courses of antibiotics during the first 3 years of life. Whereas the gut microbiome of most children born by vaginal delivery was dominated by Bacteroides species, the four children born by cesarean section and about 20% of vaginally born children lacked Bacteroides in the first 6 to 18 months of life. Longitudinal sampling, coupled with whole-genome shotgun sequencing, allowed detection of strain-level variation as well as the abundance of antibiotic resistance genes. The microbiota of antibiotic-treated children was less diverse in terms of both bacterial species and strains, with some species often dominated by single strains. In addition, we observed short-term composition changes between consecutive samples from children treated with antibiotics. Antibiotic resistance genes carried on microbial chromosomes showed a peak in abundance after antibiotic treatment followed by a sharp decline, whereas some genes carried on mobile elements persisted longer after antibiotic therapy ended. Our results highlight the value of high-density longitudinal sampling studies with high-resolution strain profiling for studying the establishment and response to perturbation of the infant gut microbiome.