Pesquisadores descobriram um novo modo de transmissão vertical do microbioma de mãe para filho, em que micróbios no intestino materno compartilham genes com micróbios no intestino infantil durante o período perinatal, começando imediatamente antes do nascimento e estendendo-se pelas primeiras semanas após o nascimento. Essa transferência horizontal de genes permitiu que as cepas microbianas maternas influenciassem a capacidade funcional do microbioma infantil, na ausência de transmissão persistente das próprias cepas microbianas.

Essa análise integrativa em larga escala, apresentada em 22 de dezembro na revista Cell , fornece uma série de instantâneos de alta resolução da dinâmica da colonização intestinal que influencia o desenvolvimento infantil antes e depois do nascimento.

“Este é o primeiro estudo a descrever a transferência de elementos genéticos móveis entre microbiomas maternos e infantis”, diz o autor sênior do estudo, Ramnik Xavier, do Broad Institute of MIT e Harvard. “Nosso estudo também, pela primeira vez, integrou o microbioma intestinal e os perfis metabolômicos de mães e bebês e descobriu ligações entre metabólitos intestinais, bactérias e substratos do leite materno . sob a influência de fatores maternos e dietéticos conhecidos".

As bactérias intestinais promovem a maturação do sistema imunológico em parte através da produção de metabólitos microbianos. O desenvolvimento do microbioma intestinal infantil segue padrões previsíveis, começando com a transmissão de micróbios da mãe no nascimento. Além da maturação do sistema imunológico, os metabólitos microbianos também influenciam o desenvolvimento cognitivo precoce .

O período perinatal representa uma janela crítica para o desenvolvimento do sistema cognitivo e imunológico, promovido pela microbiota intestinal materna e infantil e seus metabólitos. No entanto, o co-desenvolvimento de microbiomas e metabolomas durante o período perinatal e os determinantes desse processo não são bem compreendidos.

Para resolver essa lacuna de conhecimento, Xavier e seus colegas acompanharam o co-desenvolvimento de microbiomas e metabolomas desde o final da gravidez até um ano de idade usando dados multi-ômicos longitudinais de uma coorte de 70 díades mãe-bebê. Eles descobriram a transferência em grande escala de elementos genéticos móveis de mãe para filho entre espécies, frequentemente envolvendo genes associados a adaptações relacionadas à dieta.

Os metabolomas intestinais infantis eram menos diversos que os metabolomas maternos, mas apresentavam centenas de metabólitos únicos e associações micróbio-metabólitos não detectados nas mães. As assinaturas de metabolomas e citocinas séricas de bebês que receberam fórmula regular, mas não extensivamente hidrolisada, foram distintas daquelas de bebês amamentados exclusivamente.

“O intestino infantil abrigava milhares de metabólitos únicos, muitos dos quais provavelmente foram modificados a partir de substratos do leite materno por bactérias intestinais”, diz Tommi Vatanen, co-autor do estudo junto com Karolina Jabbar, ambos do Broad Institute of MIT e Harvard. “Muitos desses metabólitos provavelmente afetam o sistema imunológico e o desenvolvimento cognitivo”.

A gravidez foi associada a um aumento de compostos esteróides, incluindo derivados de hormônios gonadais e intermediários da biossíntese de ácidos biliares, vários dos quais foram independentemente ligados à tolerância diminuída à glicose. Embora os metabolomas intestinais infantis fossem menos diversos do que os metabolomas maternos, os pesquisadores detectaram mais de 2.500 características metabolômicas exclusivas do bebê. Além disso, eles identificaram inúmeras associações específicas para bebês de espécies bacterianas e metabólitos fecais, incluindo neurotransmissores e moduladores imunológicos.

“Ficamos surpresos ao descobrir que as bactérias intestinais maternas que raramente eram observadas em bebês contribuíram para a estrutura do microbioma intestinal infantil”, diz Xavier. “Também encontramos evidências de que profagos – bacteriófagos dormentes ou vírus que residem em genomas bacterianos – contribuem para a troca de elementos genéticos móveis entre microbiomas maternos e infantis”.

Os autores dizem que o microbioma materno pode moldar o microbioma intestinal infantil por meio da transferência horizontal de genes , além da clássica transmissão vertical de cepas e espécies. Além disso, a identificação de perfis metabolômicos distintos e interações micróbio- metabólito no intestino infantil constitui uma plataforma para um estudo mais aprofundado das contribuições microbianas para o desenvolvimento infantil .

Uma limitação do estudo foi que os pesquisadores não consideraram mudanças na dieta e no estilo de vida entre a gravidez e o período pós-parto, o que pode ter afetado as alterações do microbioma e do metaboloma . Em estudos futuros, eles planejam explorar ainda mais as ligações entre bactérias e metabólitos e investigar a produção metabólica bacteriana específica da cepa usando bactérias isoladas in vitro.

“Em conjunto, nossa análise integrativa expande o conceito de transmissão vertical do microbioma intestinal e fornece novos insights sobre o desenvolvimento de microbiomas e metabolomas maternos e infantis durante o final da gravidez e início da vida”, diz Xavier.