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高分文献分享 | 婴儿肠道病毒定植方式和喂养方式对病毒定植影响研究

分类:
阿趣动态
发布时间:
2022/01/07 14:18
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文章标题:The stepwise assembly of the neonatal virome is modulated by breastfeeding

发表时间:2020年4月

发表期刊:Nature

影响因子:49.962

 

研究背景

婴儿健康问题一直是大众关注的焦点之一,我国儿童肠道疾病发生率高达80%左右,肠道健康状态与婴儿身体发育和智力发育等直接相关。新生儿肠道微生物已经被证实对于儿童健康有着至关重要的作用。绝大多数肠道病毒属于噬菌体,它们在调节肠道环境健康、促进人体免疫系统功能中的作用举足轻重,肠道菌群的失调会直接导致肠道感染性疾病的发生。健康新生儿的肠道内通常没有病毒,但出生后不久出现的病毒定植是什么时候开始的,以及婴儿的哺乳方式对这一过程的影响如何呢?

 

来自宾夕法尼亚大学的Frederic Bushman教授团队对几百个新生儿样本个体进行研究,结合荧光染色、定量PCR、shotgun宏基因测序和肠道细菌分离和体外噬菌体培养等技术,确定了肠道病毒的分阶段定植方式及母乳喂养对潜在有害病毒在肠道寄生的抑制作用。

 

研究结果

为研究病毒的定植,研究团队首先对新生儿的纵向粪便样本(出生0~4天即0月,1月和4月)进行研究。从病毒颗粒富集的SYBR染色结果可以看出(图1a、1b),0月的20例粪便样本中仅有3例样本中检测出病毒颗粒。1月的婴儿粪便样本中大部分样本中能检测出病毒颗粒(1.6×109病毒颗粒/样本), 4月的病毒情况与1月一致,对125个5岁儿童粪便样本分析也进一步验证了这一结论,且表明病毒数接近于已报道的成人的病毒总数量。qPCR分析表明(图1c和1d),0月的胎粪中基因数非常少,1月和4月每克样本中基因数有3.1×108;进一步的宏基因组数据分析表明,细菌DNA在1月和4月样本中富集,细菌丰富度和多样性也增高。

为确定病毒来源,通过宏基因组技术平台对DNA和RNA病毒进行研究,结果显示,0月病毒物种丰富度较低,1月和4月病毒物种丰富度较高(图1d)。对病毒contigs进行物种注释发现,病毒样颗粒是DNA噬菌体 (图1e)。关联分析表明,细菌与病毒丰富度和多样性有很强的正相关性。对能感染人体的部分病毒的研究发现,0月只有少数样本与HerpesviridaePicornaviridae正相关,而4月样本中,感染人体的病毒AdenoviridaeAnelloviridae Caliciviridae等逐渐增多(图1e)。此外,对分离的24个菌株的裂解方式研究发现,大部分基因组更接近于温和噬菌体。

图1 婴儿肠道粪便样品VLPs的检测和特征描述

为研究病毒种群的来源,通过荧光染色法对细菌菌株在液体培养过程中自发诱导产生的病毒颗粒进行分析,发现婴儿肠道中的细菌在诱导后产生的病毒颗粒高达80%(自发产生32%病毒颗粒, 图2a),由此推断婴儿的肠道病毒主要在细菌被诱导后产生。测序结果发现,病毒颗粒的序列与细菌contigs一致(图2b、2c)。对种群特异性的研究发现,纯化菌诱导产生的病毒颗粒与婴儿体内的病毒颗粒相似度比较高,同时也发现婴儿肠道中每种细菌的比例与相关病毒中该细菌菌种的噬菌体比例显著正相关(图2d)。此外,crAssphages在1月中含量较少,在4月中较多且与2~5岁儿童含量基本一致。

图2 生命早期诱导产生病毒研究

接下来对婴儿喂养方式、分娩方式和性别等条件进行对比分析,发现母乳喂养与人体细胞内复制的病毒累计量较低有关系(图3a), qPCR结果也进一步验证了可感染人细胞的病毒在配方奶喂养的婴儿样本富集(图3b),结果也进一步在125名婴儿和100例新生儿样本中得到验证。宏基因组分析结果发现,在母乳喂养组中双歧杆菌(Bifidobacterium)和乳酸杆菌(Lactobacillus)含量更高(图3c),且与双歧杆菌和乳酸杆菌相一致的温和噬菌体在母乳喂养的婴儿中富集(图3d)。

 

总体来看,婴儿体内病毒早期定植分两个阶段(图3e),第一阶段先锋肠道诱导产生噬菌体,第二阶段是感染人体病毒的定植,但这个过程可以通过母乳喂养进行调节;也进一步从病毒的角度加深了母乳喂养保护作用的理解;同时也强调了潜在干预或可减少婴儿感染。

图3 母乳喂养对潜在有害病毒肠道寄生的抑制作用和病毒在婴儿肠道的分段寄生

 

研究结论

本文整合宏基因组和宏病毒组等不同种测序数据,发现了婴儿早期病毒在肠道的分阶段定植以及母乳喂养方式对潜在有害病毒的抑制作用;同时结合大量生物信息分析技术手段,对儿童肠道病毒种群来源进行深入研究,为早期儿童肠道疾病的临床治疗,微生物调节提供强有力的指导。

 

文献原文下载链接:https://pan.baidu.com/s/13lx7JdOjB2jGy3pWkV6jfA

提取码:ihi3

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