高分文献分享|菌群移植可通过母体转移至婴儿预防艰难梭菌感染

2022年11月10日丹麦技术大学国家食品研究所，在国际期刊《Microbiome》(IF:16.84)在线发表了题为“Cross-generational bacterial strain transfer to an infant after fecal microbiota transplantation to a pregnant patient: a case report”研究成果。

该研究通过对粪便捐献者、孕妇和婴儿的粪便样本进行宏基因组测序和菌株水平分析，并进一步与收集的651名健康婴儿和58名健康成年人的宏基因组样本进行比较，发现一些特定的菌株从捐赠者转移到患者身上，然后转移到婴儿，证明了跨代微生物转移。

研究背景

粪便菌群移植(FMT)能有效预防艰难梭菌感染(CDI)的复发。捐赠者特定的微生物群落可能会长期植入受者体内，但可能会进一步转移到其他部位，包括将捐赠者特定的菌株垂直传播给后代，目前还没有进行调查。在该篇研究中，作者报告了特定的细菌菌株从FMT捐赠者跨代传播给一名患有CDI的孕妇，并进一步传递给婴儿。

技术路线

主要结果

1.供体、患者和婴儿之间的肠道菌群组成差异

FMT前的患者显示出比供体和所有后来的患者采样时间点更低的物种/MGS 丰富度（图 1A）。3个月和 6个月大的婴儿表现出更低的微生物丰富度，但出生时的丰富度与母亲相似，香农多样性也观察到类似的模式。β 多样性分析表明，FMT 前的患者与所有 FMT 后的样本和供体很好地分开，3 个月和 6 个月大的婴儿样本也是如此。FMT后患者样本与来自捐赠者、独立捐赠者和出生婴儿（胎粪）的样本聚集在一起（图1B）。

在科水平上，与供体相比，FMT 前患者的拟杆菌科、Ruminococcaceae、Rikenellaceae 的相对丰度较低，而毛螺菌科、双歧杆菌科、丹毒杆菌科、Sutterellaceae 和 Veillonellaceae 的相对丰度较高。然而，在FMT之后，耗尽的菌群在很大程度上得到了恢复。与 FMT 前后的差异相比，FMT 后患者肠道微生物群组成的恢复也可以通过 FMT 前患者和供体之间属水平丰度高度一致的微生物差异来证明。与实际供体相比，独立供体显示出不同的微生物组成。

伴随着菌群的转移，短链脂肪酸在不同样品中也显示出不同的浓度。与供者相比，FMT前患者和FMT治疗后患者粪便中大多数SCFAs的浓度较低，即丁酸盐、丙酸盐和戊酸酯。

2.微生物在供体和患者之间的物种水平转移

进一步评估了患者与实际供体或独立供体之间随时间推移在物种/MGS 水平上的肠道菌群差异（图2A）。供体和患者之间的 Bray-Curtis 距离在 FMT 前非常大，但在 FMT 后 1 周显着减少，此后呈逐渐增加趋势，直到第 50 周，除了在第 26 周出现无法解释的减少。估计了随着时间的推移患者和供体之间共有物种的比例（图2B）。在 FMT 之前，患者有 64.5% 的物种与供体相同，而在 FMT 之后，该比例在第1周增加到 90.8%，并且在 FMT 后 50 周之前一直保持较高水平，尽管有下降趋势。独立供体与患者共享的物种要少得多（图 B）。

研究者进一步将患者 FMT 后肠道微生物群分为四类，即共有的、供体特异性的、受体特异性的和新检测到的（图2C)。结果表明，供体特定物种的百分比高，在第 1 周占 58.3%，并且在研究期间大致保持稳定。相比之下，当在这些分析中使用独立供体代替实际供体时，供体特定和共享物种的比例在所有采样时间点都较低。此外，在 FMT 后跟踪了转移的供体特异性物种，发现其中超过 80% 的物种可以成功转移并维持到 50 周，远高于独立捐赠者。由于供体特异性物种的转移，根据 BrayCurtis 相异性，FMT 后患者的肠道菌群组成与基线时（P-FMT 前）不同。尽管供体特异性物种在数量上所占比例大，但它们的丰度很低，并且主要来自拟杆菌科、毛螺菌科、梭菌科和瘤胃球菌科。因为丰度高的物种同时存在于供体和 preFMT 样本中，无法检测到细菌在物种水平上的转移；因此，有必要对微生物转移进行更深入的研究。

3.供体、患者和婴儿之间菌株水平的微生物转移

基于宏基因组数据中SNV的追踪，在菌株水平上进一步研究了微生物的转移。第一种方法（鉴别位置）估计了在P-pre-FMT和供体菌株中具有足够覆盖率的物种的供体和患者前FMT菌株的相对丰度，以识别它们之间的鉴别SNV（图3A）。

当观察相同等位基因的百分比时，鉴定出120个不同物种的菌株转移，这接近捐赠者样本中检测到的所有物种(241个)的一半。在这120种细菌中，有116种在一个或多个患者样本中也被检测到，其中99%(115/116种)从供者向患者转移了菌株(图3C)。此外，我们在一个或多个患者样本中观察到14个物种的替代菌株。在婴儿样本中，检测到87个不同的物种，并在其中92%(80个物种)发现了供体菌株植入。然而，在这80种细菌中，87.5%(70种)只在胎粪样本中发现，在婴儿以后的时间点在肠道中检测到的供体菌株要少得多(3月样本中3.8%[3/80]，6月婴儿样本中12.5%[10/80])。有趣的是，当同一物种的菌株在治疗后在母亲体内共存时，两种菌株也会转移给婴儿。

总体而言，基于鉴别等位基因识别的菌株转移较少，但具有一致性，并且在一定程度上包含在基于相同等位基因百分比识别的菌株转移中(图3C)。例如，两种方法都证实了双歧杆菌中的菌株转移，从而强调了实际的转移事件。在供体菌株显示植入母亲的115个物种中，至少有一个婴儿样本也在物种水平上检测到82个物种。在这82个物种中，有79个在婴儿体内也检测到供体菌株，这表明大多数供体菌株(96.3%)是从母亲传给婴儿的。

总结

该研究提出了从FMT捐赠者到孕妇并进一步转移到新生儿的菌株转移的证据。这些发现证实了在FMT治疗期间引入肠道环境的外源菌株可能会在几代人之间传播，提出了一种调节肠道菌群的新方法。

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