Một người mẹ dành cho đứa con của mình tất cả: tình yêu thương, những cái ôm, những nụ hôn… và cả một đội quân vi khuẩn hùng hậu.

Những tế bào đơn giản này, di chuyển từ mẹ sang con khi sinh và trong những tháng tiếp xúc mật thiết sau đó, tạo thành những hạt giống đầu tiên của hệ vi sinh vật của trẻ — cộng đồng vi sinh vật cộng sinh đang phát triển gắn liền với hoạt động lành mạnh của cơ thể. Các nhà nghiên cứu tại Viện Broad của Viện Công nghệ Massachusetts và Đại học Harvard gần đây đã tiến hành cuộc khảo sát quy mô lớn đầu tiên về cách hệ vi sinh vật của người mẹ và trẻ sơ sinh cùng phát triển trong năm đầu đời. Nghiên cứu mới của họ, xuất bản năm Pin vào tháng XNUMX đã phát hiện ra rằng những đóng góp của người mẹ này không chỉ giới hạn ở các tế bào hoàn chỉnh. Các đoạn DNA nhỏ được gọi là các yếu tố di truyền di động nhảy từ vi khuẩn của mẹ sang vi khuẩn của em bé, thậm chí vài tháng sau khi sinh.

Cách chuyển giao này, chưa từng thấy trước đây trong quá trình nuôi cấy hệ vi sinh vật của trẻ sơ sinh, có thể đóng một vai trò quan trọng trong việc thúc đẩy tăng trưởng và phát triển. Hiểu cách hệ vi sinh vật của trẻ phát triển có thể giải thích tại sao một số trẻ dễ mắc một số bệnh hơn những trẻ khác, cho biết Victoria Carre, một nhà tin sinh học chính tại Viện Wellcome Sanger, người không tham gia nghiên cứu.

“Đó là một câu hỏi lớn: Làm thế nào để chúng ta có được vi khuẩn?” nói Nicola Segata, một giáo sư tại Đại học Trento ở Ý, người cũng không tham gia nghiên cứu.

Cơ thể chúng ta là nơi chứa nhiều tế bào vi khuẩn như tế bào người và hầu hết chúng sống bên trong ruột của chúng ta. Mỗi chúng ta đều chứa đựng những thư viện vô cùng đa dạng về các loài và chủng vi khuẩn có được trong suốt cuộc đời. Nhưng trẻ sơ sinh bắt đầu gần như vô trùng. Việc truyền vi khuẩn lớn đầu tiên được cho là đến từ người mẹ trong khi sinh khi trẻ sơ sinh ra khỏi bụng mẹ. Món quà vi khuẩn đó tạo ra giàn giáo cho một cộng đồng vi sinh vật phát triển mạnh trong cơ thể giúp duy trì chúng ta trong suốt quãng đời còn lại. (Trẻ sơ sinh sinh mổ không được truyền vi khuẩn ban đầu giống như trẻ sinh thường, nhưng chúng sẽ dần dần thu thập chúng sau đó.)

Segata giải thích, một trong những tác dụng của hệ vi sinh vật là tạo điều kiện cho hệ thống miễn dịch và quá trình trao đổi chất của vật chủ trong vài năm đầu đời. Ông nói: “Những ngày đào tạo ban đầu này “có thể để lại những hậu quả lâu dài mà đến bây giờ vẫn khó hiểu”.

Đó là bởi vì các chất chuyển hóa, hoặc các sản phẩm hóa học của quá trình trao đổi chất, do hệ vi sinh vật tạo ra được cho là có ảnh hưởng đến sự phát triển hệ thống nhận thức và miễn dịch của trẻ, đặc biệt là trong giai đoạn nhạy cảm trong 1,000 ngày trước và sau khi sinh. Karolina Jabbar, một bác sĩ nội khoa và nhà nghiên cứu tại Đại học Gothenburg, đồng tác giả chính của bài báo mới.

Trong nghiên cứu mới, dẫn đầu bởi Ramnik Xavier, giám đốc Đài quan sát tế bào Klarman tại Viện Broad, các nhà nghiên cứu đã thu thập mẫu phân của 70 cặp mẹ và con của họ, bắt đầu từ giai đoạn đầu của thai kỳ và tiếp tục trong năm đầu tiên của em bé. Sau đó, các nhà nghiên cứu đã khảo sát hỗn hợp vi khuẩn và hợp chất có trong các mẫu và tiến hành phân tích di truyền để xác định loài và chủng vi khuẩn nào có mặt. Với dữ liệu này, họ có thể thấy hệ vi sinh vật của bà mẹ và trẻ sơ sinh cùng phát triển như thế nào trong thời gian đó.

Như họ mong đợi, hệ vi sinh vật của trẻ sơ sinh khác với mẹ của chúng và ảnh hưởng của chế độ ăn uống đối với hệ vi sinh vật của chúng là rõ ràng. Trẻ sơ sinh có hàng trăm chất chuyển hóa mà mẹ chúng không có.

Điều ngạc nhiên lớn đối với nhóm nghiên cứu là ngay cả khi em bé thiếu các chủng vi khuẩn hữu ích có trong người mẹ, hệ vi sinh vật của em bé vẫn có các đoạn gen thuộc các chủng đó.

“Làm thế nào loài này có thể ảnh hưởng đến thành phần vi sinh vật ở trẻ sơ sinh mà thậm chí không phải là một phần của nó?” Jabbar nói. Cô và các đồng nghiệp trong phòng thí nghiệm của mình bắt đầu tự hỏi liệu điều này có thể được giải thích bằng cách chuyển gen ngang hay không, một quá trình kỳ lạ trong đó gen từ loài này nhảy sang loài khác thay vì được truyền lại cho thế hệ con cháu. Chuyển gen ngang là phổ biến trong các cộng đồng vi khuẩn — chẳng hạn, chúng góp phần rất lớn vào sự lan truyền của các gen kháng kháng sinh trong nhiều loại mầm bệnh — và chúng cũng đã được phát hiện là có xảy ra. ở sinh vật đa bào.

Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu vẫn chưa sẵn sàng để chứng kiến ​​hàng trăm gen di chuyển giữa các cộng đồng vi khuẩn - từ hệ vi sinh vật của mẹ sang con. “Đó là một trong những điều mà ban đầu bạn không tin chính mình,” nói Tommi Vatanen, một nhà nghiên cứu tại Đại học Helsinki và là đồng tác giả chính của bài báo.

Các nhà nghiên cứu suy đoán rằng sự chuyển gen ngang có thể rõ ràng nhất khi vi khuẩn phát triển mạnh trong ruột của người mẹ không thể tồn tại trong môi trường xa lạ trong ruột của trẻ sơ sinh. Vi khuẩn của mẹ có thể xâm nhập vào cơ thể trẻ sơ sinh qua sữa mẹ hoặc dưới dạng các bào tử được giải phóng mà trẻ nuốt phải. Một số vi khuẩn chắc chắn sẽ không thể xâm chiếm cơ thể trẻ và biến mất. Nhưng chúng có thể tồn tại đủ lâu để một số trình tự gen nhất định nhảy vào vi khuẩn thành công hơn. Nếu những trình tự di truyền đó bắt nguồn từ bộ gen của vi khuẩn bên trong ruột của em bé, chúng có thể mang lại các chức năng mà chúng mã hóa.

Carr nói: “Thực tế là ngay cả sự tồn tại thoáng qua của một tế bào hiến tặng cũng có thể có tác động như vậy đối với những tế bào dai dẳng đó thực sự rất thú vị.

Trong một số trường hợp, những bước nhảy này có thể được tạo ra nhờ các lời tiên tri - những virus không hoạt động tái tạo trong vi khuẩn. Trong môi trường căng thẳng của đường ruột của trẻ sơ sinh, các tiên tri có thể hoạt động và bắt đầu di chuyển giữa các vi khuẩn, mang theo các gen của vi khuẩn.

Trong quá trình phân tích các mẫu phân của trẻ sơ sinh, Vatanen, Jabbar và các đồng nghiệp của họ đã xác định được một ví dụ rõ ràng: Một lời tiên tri được tích hợp vào DNA của một loài vi khuẩn đã xuất hiện trong một loài vi khuẩn khác vài tháng sau đó.

“Đó là bằng chứng khá thuyết phục rằng thể thực khuẩn đặc biệt này đã nhảy giữa hai loài khác nhau,” Vatanen nói. Các nhà nghiên cứu cũng phát hiện ra rằng các gen nhảy giữa các loài vi khuẩn theo những cách khác, chẳng hạn như thông qua tiếp xúc trực tiếp giữa tế bào với tế bào hoặc thông qua tế bào vi khuẩn hấp thụ DNA được giải phóng vào môi trường.

Một nhóm lớn các gen đã nhảy mã hóa bộ máy tế bào giúp cho việc chuyển gen theo chiều ngang có thể xảy ra. Các trình tự di động khác giúp chuyển hóa carbohydrate và axit amin, và do đó có thể mang lại lợi ích to lớn cho vi khuẩn. Ví dụ, kết quả cho thấy rằng các gen liên quan đến quá trình tiêu hóa carbohydrate được tìm thấy trong sữa mẹ có thể được chia sẻ từ mẹ sang trẻ sơ sinh theo cách này, Jabbar cho biết. Các nhà nghiên cứu không biết chắc chắn rằng việc chuyển đổi theo chiều ngang có lợi trực tiếp cho em bé hay không, nhưng bằng cách tập hợp một hệ vi sinh vật đường ruột có khả năng hơn, chúng có thể giúp phát triển hệ thống miễn dịch của em bé.

Một số trình tự di truyền này xuất hiện ở vi khuẩn mới vài tháng sau khi sinh, điều này cho thấy sự chuyển giao tiếp tục xảy ra trong thời gian đó. Không rõ liệu sự chuyển giao có xảy ra trước khi sinh hay không, nhưng các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra rằng hệ vi sinh vật của người mẹ đã tiến hóa trong thời kỳ mang thai. Một số thay đổi dường như có thể ảnh hưởng đến khả năng dung nạp glucose của cơ thể. Những phát hiện đó cho thấy bệnh tiểu đường mà một số người mắc phải khi mang thai có thể liên quan đến hệ vi sinh vật.

Khi các nhà nghiên cứu thu thập mẫu phân của trẻ sơ sinh, họ cũng lấy mẫu tế bào miễn dịch của chúng. Bây giờ họ đang lên kế hoạch sử dụng những mẫu đó để kiểm tra cách vi khuẩn mà trẻ sơ sinh mang theo, bao gồm cả những vi khuẩn có chứa các yếu tố di động này, tương tác với các tế bào miễn dịch. Những hiểu biết sâu sắc từ những thí nghiệm này có thể giúp hiểu rõ hơn về cách thức và lý do một số người phát triển bệnh dị ứng hoặc bệnh tự miễn dịch.

Sự tồn tại của các nguyên tố di động như vậy đã được biết đến kể từ khi nhà di truyền học tiên phong Barbara McClintock phát hiện ra chúng vào những năm 1940, một thành tựu mà bà đã giành được giải thưởng Nobel. “Nhưng nó chưa bao giờ thực sự được mô tả ở độ sâu như vậy cho đến gần đây,” Carr nói. “Bây giờ chúng tôi đang có nhiều hiểu biết hơn, chúng tôi nhận ra rằng trên thực tế, các yếu tố di truyền di động đang có tác động lớn hơn những gì chúng tôi đã nhận ra trước đây.”

Ở chúng ta, hóa ra, tác động đó bắt đầu từ rất sớm trong đời.