《Life Sciences》：Horizontal gene transfers differentially shape the functional potential of the infant gut metagenome
编辑推荐：
本研究评估了剖宫产（CSD）和阴道分娩（VD）婴儿在首年 gut 微生物组中水平基因转移（HGT）的影响。结果显示，CSD婴儿在出生时HGT事件数量显著高于VD婴儿，但两者在2个月内趋于一致，并在9个月内无显著差异。VD婴儿HGT主要由 Coprococcus catus 和 Ruminococcus sp_5_1_39BFAA 驱动，而CSD婴儿则由 Salmonella enterica 和 Klebsiella pneumoniae 主导。功能分析表明VD婴儿HGT富集碳水化合物代谢和免疫相关基因，CSD婴儿则涉及代谢过程和生物膜形成。此外，HGT事件与早产监护室入住及饮食转变相关，提示分娩方式通过HGT影响婴儿 gut 微生物功能，但需实验验证因果联系。
作者：Umme Habiba、Muneebah Noor、Masood Ur Rehman Kayani、Lisu Huang
单位：中国浙江省杭州市滨江区滨盛路3333号浙江大学医学院儿童医院传染病科，邮编310052
摘要
水平基因转移（HGT）是微生物进化的主要驱动力，影响着微生物群落的代谢潜力。尽管其重要性显而易见，但HGT在塑造微生物代谢潜力方面的作用仍知之甚少，尤其是在人类肠道等复杂环境中。本研究旨在评估剖宫产（CSD）和顺产（VD）婴儿在出生后第一年内肠道微生物组中HGT的影响。出生第0个月时，剖宫产婴儿的HGT事件数量高于顺产婴儿。然而，到第2个月时两组数量趋于一致，并在接下来的9个月内保持相当（p>0.05）。顺产婴儿的HGT主要由Coprococcus catus和Ruminococcus sp_5_1_39BFAA驱动，而剖宫产婴儿中则以Salmonella enterica和Klebsiella pneumoniae为主要供体和受体。功能分析显示，顺产婴儿的HGT丰富了与碳水化合物代谢和免疫反应相关的基因，而剖宫产婴儿的HGT则主要涉及代谢过程和生物膜形成。此外，HGT事件与新生儿重症监护病房入院及饮食变化有关。这些结果表明，顺产和剖宫产婴儿的HGT事件对肠道微生物组的功能潜力有不同的影响，可能对健康产生潜在影响，需要进一步研究。不过，仍需通过实验验证来确立因果关系。
引言
肠道微生物组与多种功能相关，包括消化[1]、免疫反应调节[2]和认知[3]。肠道微生物组的组成受多种因素影响，如宿主遗传、饮食、环境、抗生素使用以及分娩方式。这些微生物群落的失衡与多种健康问题相关，包括代谢紊乱、炎症性疾病和癌症[4]。相反，平衡的肠道微生物组对宿主健康至关重要[5]。分娩方式（顺产或剖宫产）对新生儿的初始微生物定植具有重要影响。顺产婴儿的微生物组主要来自母亲的产道，其中包含有利于免疫系统发育、消化健康和认知功能的微生物群[6]。相比之下，剖宫产婴儿的初始微生物组更可能来自周围环境（如医院环境）[7]，这通常与剖宫产婴儿患哮喘[8]、代谢紊乱[9]和过敏[10]的风险增加有关。尽管顺产和剖宫产婴儿肠道微生物组的组成差异已得到充分研究，但仍有一些问题尚未解答。例如，获得后的微生物如何进化，以及它们如何影响婴儿的消化、认知或免疫系统的发育，目前尚不清楚。近年来，关于母体传播机制及其他影响生命早期肠道微生物组建立的因素的文献有所增加，但关于这些初始微生物的进化过程以及特定微生物类群与婴儿健康和疾病关系的研究仍不充分。本研究旨在通过分析水平基因转移（HGT）事件及其在婴儿出生后前九个月内的潜在功能影响，加深我们对顺产和剖宫产婴儿肠道微生物组的理解。数据获取与预处理
本研究中的原始宏基因组数据来自NCBI序列读取档案（SRA）数据库，使用访问号PRJNA473126获取。数据集包含402个婴儿的肠道宏基因组样本，其中181个为顺产婴儿，221个为剖宫产婴儿，样本时间跨度从出生到第九个月（M0-M8）。样本按收集月份分组，以反映原始数据的纵向设计，并便于比较不同发育阶段的婴儿情况
婴儿肠道微生物组中HGT事件的量化
分析结果显示，顺产婴儿共发生1473次HGT事件，其中360次为定向HGT；而剖宫产婴儿共发生788次HGT事件，其中447次为定向HGT。出生第0个月时，顺产婴儿组有4次HGT事件，剖宫产婴儿组有9次。第1个月和第2个月时，顺产婴儿组分别有13次和36次HGT事件，剖宫产婴儿组分别有44次和61次HGT事件。第3个月、第4个月和第5个月时，顺产婴儿组分别有36次、47次和46次HGT事件讨论
已有大量研究探讨了顺产和剖宫产婴儿的肠道微生物组成，结果表明分娩方式会影响早期微生物定植。然而，关于这些微生物群落随时间的变化以及HGT等适应过程如何促进婴儿期功能多样化的机制知之甚少。本研究系统地分析了顺产和剖宫产婴儿在出生后前九个月内的HGT动态，并探讨了其对微生物组的贡献结论
分娩方式是影响婴儿肠道微生物组建立的最早期因素之一。虽然顺产和剖宫产婴儿的初始微生物组成存在差异，但影响其后续进化过程的因素尚未完全明了。我们的研究发现，HGT在这些进化过程中起着关键作用。尽管顺产和剖宫产婴儿组之间的HGT总体频率没有显著差异，但在某些方面存在明显差异作者贡献声明
Umme Habiba：撰写初稿、数据可视化、方法设计、数据分析。Muneebah Noor：数据分析、项目监督、概念框架构建。Masood Ur Rehman Kayani：撰写、审稿与编辑、项目管理、概念构思。Lisu Huang：审稿与编辑、项目监督。出版同意
不适用。伦理批准与参与同意
不适用。资金支持
本研究未获得任何专项资助。利益冲突声明
作者声明无利益冲突。致谢
感谢宏基因组发现实验室成员在研究中的持续反馈与支持，同时感谢SINES超级计算实验室提供的计算资源。
