《mSystems》:Global and local trajectories of infant gut microbiota development in Bangladesh across the COVID-19 pandemic
编辑推荐:
生命早期肠道微生物群(gut microbiota)的建立对终身健康具有基础性作用,然而该过程在非西方及高收入环境之外仍鲜被探索。研究人员通过在生命前2年纵向表征孟加拉国城市20名健康婴儿(n=984份粪便样本)的肠道微生物群,探讨了非西方背景下的微生物成熟过
生命早期肠道微生物群(gut microbiota)的建立对终身健康具有基础性作用,然而该过程在非西方及高收入环境之外仍鲜被探索。研究人员通过在生命前2年纵向表征孟加拉国城市20名健康婴儿(n=984份粪便样本)的肠道微生物群,探讨了非西方背景下的微生物成熟过程。微生物群发育遵循三阶段演替模式,其特征是微生物群多样性逐步增加,与西方人群描述的模式高度相似。与比利时婴儿队列的比较分析显示,成熟动态在广泛意义上保守,但核心细菌存在种群特异性差异,包括Segatella属,其为孟加拉国婴儿的特征性菌属。Segatella在发育中肠道的作用尚不明确,因为在该队列中其高丰度与疾病相关。成熟的短暂中断也与疾病发作同时发生。该队列的第二年与大流行(COVID-19 pandemic)起始重叠,检测到若干关键分类单元相对丰度的差异。这些见解拓展了对不同人群健康婴儿肠道微生物群发育的理解,并强调在塑造生命早期微生物生态系统时需考虑社会文化和环境因素,包括全球性扰动。
生命前几年是肠道微生物群建立的关键时期,对长期健康具有持久影响。然而,当前对该过程的认知主要源自西方和高收入人群研究,尽管已知肠道微生物群组成随地理位置变化。在本研究中,研究人员纵向表征了孟加拉国城市健康婴儿队列的肠道微生物群发育,显示地理上不同的种群可携带不同的微生物群落,同时遵循相似发育模式。研究人员进一步观察到疾病可暂时影响微生物群成熟,且该队列部分成熟期与重大社会扰动(COVID-19大流行)重叠。综上,这些发现阐明了在定义健康肠道微生物群轨迹时地理、文化和环境背景的重要性,并为理解生命早期微生物群发育贡献了更具包容性、全球代表性的框架。
研究背景与立项依据:生命早期肠道微生物群(gut microbiota)建立对代谢、免疫调节及病原防御至关重要,但其失衡与过敏哮喘、糖尿病及炎症性肠病(IBD)等相关。现有知识高度偏向西方高收入人群,非西方低收入与中等收入国家(LMICs)健康婴儿纵向数据稀缺,且多聚焦营养不良等病理状态。为填补该空白,研究人员在孟加拉国达卡Kamalapur城市低社会经济密度区依托icddr,b开展BBGUT队列研究,纵向采样至2岁,时段部分覆盖COVID-19大流行,并与比利时BABEL队列对照,以解析地理、文化、疾病事件及全球扰动下的微生物成熟轨迹。
主要技术方法:研究基于30名孕妇入组后留存20名婴儿的前沿密集采样设计(首6月3次/周、次6月2次/周、第2年1次/周),共984份婴儿与18份母体粪便样本;细菌组分通过16S rRNA V4区扩增子测序(Illumina MiSeq,2×250)结合LotuS/sdm解复用与DADA2流程获扩增序列变体(ASV),RDP训练集19注释,decontam去除污染,抽平至15086读数;统计采用线性混合效应模型(lme4/lsmeans)、PERMANOVA(vegan adonis2,Bray-Curtis)、Dirichlet多项混合(DMM)划分成熟阶段、Spearman相关与Fisher精确检验,并以成熟评分量化演替倒退(setback)。
研究结果:
The healthy Bangladeshi infant gut undergoes bacterial colonization in three distinct developmental stages:DMM聚类将0–2岁样本分为A、B、C三阶段,母婴对照示C近成人态;α多样性(observed richness、Shannon)阶梯上升(A→B→C,P<0.001)。Bifidobacterium全程主导,兼性厌氧Escherichia/Shigella、Streptococcus在A期高、后衰减;Solid food引入后Dorea、Faecalibacterium等严格厌氧菌上升;Bacteroides偏低,Segatella于C期出现,母粪Segatella均值约30.5%且含水率88.6%,呼应Prevotella肠型。
Bangladeshi and Belgian infant microbiota show similar developmental patterns with distinct microbial signatures:限生后经同流程重处理的BABEL(7婴265样)与BBGUT首年比对,仅5/15高丰度属时序流行度正相关;Segatella、Limosilactobacillus、Ligilactobacillus为孟独存,Parabacteroides、Thomasclavelia、Sutterella为比独存;α多样性轨迹无持续差异(仅0–3月richness异),属出现次序Kendall一致(w=0.79,P=0.016),证实地理异源下演替顺序保守。
Disease-related events are associated with maturation setbacks:dbRDA示婴儿个体(R2=0.12)、年龄(0.09)、饮食、腹泻、抗生素为显著协变量,累计解释24%(低于BABEL的40%);31次成熟倒退事件中仅3.1%来自健康时点、12.6%来自疾病时点(χ2=17.045,P=3.65e-05),倒退伴α多样性下降,腹泻关联Streptococcus。
Changes in the development of a healthy gut microbiota coincide with the first COVID-19 lockdown period in Bangladesh:因所有婴儿生于36天窗内,17–24月龄与2020年3月26日封城重合无法分离;HTP样本中Segatella、Bacteroides、Veillonella、Megasphaera中位丰度在17–24月较13–16月显著降(Wilcoxon FDR<0.05),Blautia、Streptococcus升,但加权成熟评分无组间差(P=0.46),提示分类层扰动而非全局成熟延迟。
The role of Segatella bacteria in the gut microbiota maturation of Bangladeshi infants remains unclear:Segatella(ASV归为S. copri、S. hominis)于8月龄起现,高丰度(HSA≥25%,n=33)样本占健康4%、疾病11%(χ2=8.66,P=0.003),疾病亚组多伴抗生素;HSA事件内配对比较仅Bifidobacterium显著压缩(P<0.001),其于发育肠之健康/疾病边界未明。
讨论浓缩:研究人员指出三阶段演替与西方一致,Bifidobacterium长效主导反映持续母乳与辅食并行,反驳“断奶驱动成熟”单一论;孟比两队列α多样性婴幼儿期未分化为Yatsunenko所述3岁后差异;元数据解释力仅24%暗示季节、气候、宿主遗传、粪便稠度等未测维度关键;疾病/抗生素致短暂倒退但无持久毁伤;封城期分类扰动因年龄混杂难归因;Segatella具健康纤维降解与疾病(含类风湿关节炎关联)双重文献面孔,需种/株级分辨率。
结论翻译(Conclusion节):本研究在LMIC场景下提供密集采样纵向刻画,揭示孟加拉国婴儿肠道微生物群成熟细节;相较西方队列既见跨地理保守轨迹,亦见反映生活方式与环境特异的组成差;系该国首例跨COVID-19健康婴儿微生物表征,凸显需恰当设计与持续监测评估长期扰动;并示Segatella与疾病正向关联,增益其争议角色文献。综上,发现为多样人群微生物发育提供新视角,强调环境、文化及全球断裂因素在塑造婴儿肠道微生态中之意义;未来需扩至更大队列、延至儿童后期并整合高分辨多组学以指导LMIC干预。
(全文约1520汉字)