Csecsemő gombás közösségek: jelenlegi ismeretek és kutatási lehetőségek

Tonya L. Ward

1 Biotechnológiai Intézet, Minnesotai Egyetem, Saint Paul, MN USA

Dan Knights

1 Biotechnológiai Intézet, Minnesotai Egyetem, Saint Paul, MN USA

2 Számítástudományi és Műszaki Tanszék, Minnesotai Egyetem, Minneapolis, MN USA

Cheryl A. Gale

3 Minnesotai Egyetem Gyermekgyógyászati Osztálya, 2450 Riverside Ave, Minneapolis, MN 55454, USA

Absztrakt

A csecsemő gyomor-bél traktusát kolonizáló mikrobák részt vesznek a későbbi életkori betegségekben, például allergiában és elhízásban. A közelmúltban az orvosi kutatóközösségek kezdték felismerni, hogy a nagyon korai gyarmatosítási események lehetnek a legnagyobb hatással a jövő egészségére, kulcsfontosságú taxonok jelenlétével a megfelelő immun- és anyagcsere-fejlődéshez. Az eddigi legtöbb tanulmány azonban a bakteriális kolonizációs eseményekre összpontosított, és kihagyta a gombákat, a mikrobiota klinikailag fontos alpopulációját. Számos friss megállapítás jelzi a gazdaszervezethez kapcsolódó gombák (a mycobiota) jelentőségét a felnőtt és csecsemő betegségekben, ideértve az akut fertőzéseket, allergiákat és anyagcserét is, így a korai emberi mycobiota jellemzése az orvosi kutatás fontos határterülete. Ez az áttekintés összefoglalja a tudás jelenlegi állapotát, különös tekintettel a csecsemő mycobiota fejlődését befolyásoló tényezőkre, valamint a korai gombás expozíció és az egészségügyi eredmények közötti összefüggésekre. Javasoljuk továbbá a csecsemő gombás mikobiomák kutatásának következő lépéseit, ideértve az anya-csecsemő párok longitudinális vizsgálatát, miközben figyelemmel kíséri a hosszú távú egészségügyi eredményeket, tovább kutatja a baktérium-gomba kölcsönhatásokat, valamint továbbfejlesztett módszereket és adatbázisokat a mycobiome kvantálásához.

Háttér

Itt a csecsemők mikobiota-kutatásának jelenlegi állására összpontosítunk, beleértve a kultúrán alapuló, célzott és átfogó felmérésen alapuló genomikai megközelítéseket, a csecsemő mikobiota-kutatásának két aspektusára összpontosítva, nevezetesen a korai életkorú mikobiotát befolyásoló tényezőkre és az esetleges kapcsolatokra. korai gombás expozíció és egészségügyi eredmények. Mivel a csecsemők mikobiotájára vonatkozó kutatások korlátozottak, figyelembe vesszük a gombás ismeretek jelenlegi állapotát olyan tényezők összefüggésében, amelyekről ismert, hogy befolyásolják a csecsemőkhöz kapcsolódó baktériumok mikrobiotáját, ideértve a szülés módját, az anyai mikobiotát, az etetési összetételt, a környezeti expozíciót (pl. Antibiotikumok). és a terhesség kora a szüléskor [15–17]. Eredményeinket a 4–5. 1. és 2. 2. .

A csecsemők mikobiomáját az anya mikobioma és egyéb tényezők befolyásolják. Egészséges felnőttekkel összefüggő gomba nemzetségek (a) és csecsemők (b). A csillaggal jelölt testhelyek azokat a helyeket jelentik, amelyeket csak tenyésztés vagy célzott PCR-megközelítések jellemeztek; ezekről a helyszínekről nincsenek átfogó mikobiom-felmérések. A félkövér betűkkel jelölt nemzetek az adott testhelyzetben jelentett domináns nemzetséget jelentik, amelyet a széles mikobiómás felmérés határoz meg. A felsorolt taxonok célzott vizsgálatokból és átfogó felmérési megközelítésekből származnak (a mikobioma ≥1% -a) [2, 5, 14, 22–26, 28–39, 47, 51–54]. Ismertetik azokat a főbb tényezőket, amelyekről úgy gondolják, hogy befolyásolják a csecsemő mikobiómáját

A csecsemő mycobiome-ját és a mycobiome-hoz kapcsolódó egészségügyi eredményeket befolyásoló tényezők. A szülés módja, az anya mikrobiája, étrend, születési terhességi kor és az antibiotikum-expozíció befolyásolhatja a csecsemő mikobiómáját. Ezek a tényezők hatással lehetnek a csecsemő baktérium mikrobiomjára is, amely viszont a mikobiómát formálja. A mycobiome a gombák túlnövekedésének forrása volt [65–67], modulálhatja a baktériumok mikrobiomját [70], szerepet játszik gyulladásos bélbetegségben [88–92], és elhízással társult [29, 76–80 ]. A gombáknak való kitettség szerepet játszik az allergiás betegségek kialakulásában [82, 93], és a jótékony gombák, például a Saccharomyces boulardii felhasználhatók a gyermeki hasmenés enyhítésére [84–86, 93]

A csecsemő mikobiotáját befolyásoló tényezők

Születési mód

Az, hogy egy csecsemő hüvelyi úton vagy császármetszéssel (C-szakaszon) született-e, a legdrasztikusabban befolyásolja a hozzájuk kapcsolódó baktériumközösségek összetételét az élet első 6 hónapjában [18–21]. Például egy 98 anya-csecsemő pár vizsgálatában a hüvelyi úton született csecsemőknél kevesebb volt a széklet Enterobacter, Haemophilus, Staphylococcus, Streptococcus és Veillonella fajok száma, és megnőtt a Bacteroides, Bifidobacterium, Parabacteroides és Escherichia aránya a C-szakasz által született csecsemőkhöz képest [20]. Ugyanebben a tanulmányban valószínűleg az anya székletmikrobiota vertikális átvitelének volt a legjelentősebb hozzájárulása a hüvelyi és a C-szakaszban született csecsemők közötti különbséghez, mivel a hüvelyi úton született csecsemők ürülékét kolonizáló baktériumok 72% -a az anyjuk székletmikrobiomájában volt jelen, míg a C-szakaszban született csecsemőknél ez csak 41%.

A gombák vertikális átvitelét az anyától a csecsemőig a Candida albicans gombafajok tekintetében vizsgálták a legszélesebb körben. Egy nagyon alacsony születési súlyú csecsemők vizsgálatában a csecsemők 24% -át (n = 46) legalább egy helyen (szájüreg, végbél vagy ágyék) kolonizálták C. albicans-szal a születéstől számított 1 héten belül ugyanaz a C. albicans izolátum vagy anyjuk hüvelyében, végbélében, bőrében vagy szájában vannak jelen, tenyésztéssel és DNS-ujjlenyomattal meghatározva (1. ábra) [22]. Az egyik gombás taxon vertikális átvitelének erre a példájára valószínûleg az anyai hüvelyi mycobiota más tagjai is átkerülnek a csecsemõbe. Ezért az anya születési csatornájában lakó gombák jobb megértésével betekintést nyerhetünk abba, hogy mely gombás taxonok kerülhetnek át a csecsemőre.

Történelmileg a tanulmányok a női nemi szervekben, a Candida egyik gomba nemzetségének jellemzésére összpontosítottak, mivel a fertőzés okozója (hüvelygyulladás) fontos. A hüvelyi candidiasisban nem szenvedő tünetmentes nők hüvelyének Candida-kolonizációjának vizsgálatában a nők 28,8% -a volt pozitív C. albicans-ban célzott PCR-analízissel, igazolva, hogy a Candida a női nemi traktus normális kommenzálja (1. ábra). ). Megjegyzendő, hogy ezeknek a nőknek csak 6,6% -a volt pozitív Candida-ra kultúra alapján, rávilágítva a gombás közösség elemzésének korlátaira kultúra-alapú megközelítések alkalmazásával [5]. A hüvelyi kandidózisban anamnézisben nem szenvedő tünetmentes nők egy másik szűrővizsgálatánál a mintában szereplő egyedek 40% -ánál (n = 52) legalább egy Candida-izolátum volt (

90% -a C. albicans volt) genitális traktusukban (szeméremtest vagy hüvely), a tenyésztett Candida DNS-ujjlenyomatának meghatározásával [23]. Tudomásunk szerint csak egyetlen publikált széles körű felmérés történt a hüvelyi mikobiómáról az ITS régió felhasználásával [24]; ebben az egészséges nők körében végzett felmérésben (n = 251) a Candida volt az uralkodó nemzetség, és a minták 68% -ában volt jelen, majd Davidiella, Cladosporium és más kevésbé bőséges gombák következtek (1. ábra). Megjegyzendő, hogy ebben a vizsgálatban számos szekvenciát nem soroltak be gombás taxonómiai csoportba, valószínűleg a gombák szekvenciáinak alulreprezentációja miatt a jelenleg rendelkezésre álló adatbázisokban, valamint a gombák taxonómiai osztályozásának következetlenségei miatt. Ennek ellenére a hüvelyi mycobiota valószínűleg fontos szerepet játszik a hüvelyi úton született csecsemők korai gyarmatosítási eseményeiben.

A C szakaszban született csecsemőknél a bőr és a GI traktus bakteriális mikrobiota jobban hasonlít az anya bőréhez [21]. Ha ez igaz a mycobiome-ra is, akkor a C-szakaszban született csecsemők bőr- és GI-traktus-myobiobiomáiban várhatóan Malassezia dominál [34]. Egy olyan longitudinális vizsgálatban, amelyben a csecsemők Malassezia-specifikus PCR-rel vizsgálták a bőr kolonizációját, már az élet első napján két fajt (M. restricta és M. globosa, szintén felnőtt bőrön észleltek) detektáltak a csecsemő bőrén ( 89%), és a bőség szintje az élet 30. napjáig nőtt a felnőtteknél megfigyelt szintig (1. ábra) [35]. Ezenkívül ugyanebben a tanulmányban a Malassezia vertikális átvitelét az anyák bőréből a csecsemők bőrébe az ITS1 és 2 régióktól lefelé elhelyezkedő intergenikus távtartó régió genotipizálásával igazolták. Az ebben a tanulmányban alkalmazott célzott megközelítés azonban megakadályoz minket abban, hogy meghatározzuk a Malassezia arányát a többi mycobiome taghoz viszonyítva, ami indokolja a csecsemő bőrének mycobiota további feltárását széles körű felmérési megközelítésekkel.

Gesztációs kor a szüléskor

Csecsemő mycobiota egészségügyi egyesületek

Antibiotikumok és gombák elszaporodása

Elhízottság

Felnőtteknél és gyermekeknél az elhízás a megváltozott baktériumok mikrobiotájához kapcsolódik, csecsemőknél pedig az antibiotikumok (a baktériumközösség ismert modulátorai) beadása az élet későbbi szakaszainak elhízásához is társul [73–75]. Hasonlóképpen az elhízott és a sovány felnőttek székletmikobiómái is különböznek egymástól, a Mucor és a Penicillium nemzetségek negatívan korrelálnak a fokozott zsírosodás és súlygyarapodás mértékével, az Aspergillus nemzetség pedig pozitívan korrelál az adipozitás és a súlygyarapodás fokozott mértékével [29]. Gyermekeknél az elhízás alacsonyabb Candida és Saccharomyces fajokhoz kapcsolódik, DNS-ujjlenyomat-felvétel és kvantitatív PCR-módszerrel elemezve [76]. A csecsemők korai gombás kolonizációjának és az elhízás kimenetelének szerepét azonban még nem vizsgálták. Feltételezzük, hogy a baktériumokhoz hasonlóan egyes korai életű gombák hasznosak lesznek, mások pedig károsak a rövid és hosszú távú anyagcsere-egészségre. Például a S. boulardii és a gomba-specifikus molekulák (β-glükán) beadása embereknek és állatoknak kimutatták, hogy csökkentik az elhízással kapcsolatos fenotípusokat [77–80]. Ezért az elhízással kapcsolatos gombás taxonok korai életkorban történő közvetlen manipulációját meg kell vizsgálni, mint az elhízás elleni lehetséges megelőző stratégiát.

Allergiás betegség

Gyermekkori hasmenés

Gyulladásos bélbetegség (IBD)

Következtetés és jövőbeli irányok

Bár viszonylag kevés a széles körű mikobiómás felmérés a csecsemők számára, összességében figyelembe véve elkezdhetünk válaszolni bizonyos fontos biológiai kérdésekre a korai életkori mikobiota fejlődésével kapcsolatban. Például a célzott vizsgálatok használata kimutatta a specifikus gombás taxonok, így a Candida és a Malassezia vertikális átvitelét az anyától a csecsemőig [22, 35], és ezt a fajta mikobiota öröklődést érdemes felfedezni minden mycobiome tag számára. Ezenkívül a csecsemők ürülékének átfogó felmérései pillanatfelvételeket készítettek a dinamikus gombaközösségről a korai életben, és elkezdtek rávilágítani a csecsemőket lakó más gomba taxonokra [14, 25, 26, 28]. A felnőttkori mycobiota sokfélesége és betegség-asszociációi további motivációt jelentenek a csecsemő mycobiota jellemzésére a fejlődés során.

A jövőbeni vizsgálatoknak a korai életkorú mycobiota longitudinális nyomon követésére kell összpontosítaniuk anya-csecsemő párok felhasználásával, miközben figyelemmel kísérik az egészségügyi eredményeket, például az elhízást, az allergiás betegségeket és az akut gombás fertőzéseket, már jóval az első életév után. Az ilyen vizsgálatokból származó adatok tisztáznák az anya mikobiotájának és más környezeti tényezőknek a csecsemő mikobiotára gyakorolt hatását, és dokumentálnák a mikobioma időbeli változását a fejlődés során. Ezenkívül, tekintettel a baktériumok és gombák közötti ismert kölcsönhatásokra, a jövőbeni vizsgálatoknak tartalmazniuk kell mind a baktériumok, mind a gombák elemzését, hogy jobban jellemezhessék strukturális és funkcionális kapcsolataikat, valamint az egészségkimenetelekre gyakorolt együttes hatásukat. Ezenkívül további kutatásokra van szükség a gombás mikrobiom adatok előállításának módszertani kihívásainak kezeléséhez, ideértve az alacsony gombás biomassza mintavételét, átfogó és megbízható referencia adatbázisok létrehozását, valamint a gombák taxonómiájának és mycobiota funkciójának osztályozására szabott informatikai módszerek fejlesztését.