科研 | Nature Communications ：出生第一年婴儿肠道微生物群落特征（第四期文献包投票选出的文章）
本文由殷继忠编译，董小橙、江舜尧编辑。
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肠道微生物群落在人体健康和疾病中起着至关重要的作用，肠道微生物定植是婴儿发育的关键阶段。在这里，作者分析了12个婴儿出生后第一年的2684份粪便样本，为我们提供了人体肠道菌群定植过程的详细见解。
原名：Individuality and convergence of the infant gut microbiota during the first year of life
译名：出生第一年婴儿肠道微生物群落特征
期刊：Nature Communications
IF：12.353
发表时间：2018年
通信作者：Eric J. de Muinck
通信作者单位：奥斯陆大学生物科学系
实验设计图
1 实验数据
实验共分析了2684个粪便样品，平均每个婴儿224个样品。16S rRNA基因测序结果处理后产生了440752576个读数，每个样品的平均读数为164215个。个体之间共享的OTU数量遵循U形分布，在所有婴儿中每个样本至少观察到229个OTU，每个婴儿都有若干个独有的OTU。总的来说，第一年的多样性增加，但这些增加既不是线性的，也不是单调的，大多数婴儿同样经历了多样性指数的间歇性下降。
2 OTU概况
所有婴儿的肠道微生物细菌群落都表现出一系列的动态变化。所有婴儿的定植过程相似，表现出强烈的瞬时结构（图1）。通过描述每个婴儿出生天数（图1）和加权UniFrac（wUF）的第一个NMDS成分来确定年龄是主要的结构因素。即使微生物在发育过程中具有高度的动态变化，但婴儿也会存在个体的显著特征，同时还存在显着的共同时间信号，通过回归模型非度量多维尺度分析确定了各个时间向量上的所有婴儿特征。
图1 婴儿胃肠道微生物群落的高度结构化
3 加速收敛期
为了研究婴儿是否在成熟过程会生成更多相似的胃肠道微生物，作者将11个婴儿的数据序列插入到相等长度并进行布雷-柯蒂斯（BC）和wUF分析。分析表明，平均成对距离确实随着时间的推移而减少。然而，这种趋势存在高度非线性变化，包括从第60天到第130天的胃肠道(GI)微生物群落加速收敛的突然时期，随后表现出大致的增加趋势，直到第200天（图2a）。放线菌的平均相对丰度增加，厚壁菌门同时减少（图2b）。放线菌的增加以长双歧杆菌/短双歧杆菌为主。相比之下，几个OTU受到了厚壁菌门锐减的影响。加速收敛期和随后的菌群变化，大致与固体食物的摄入相吻合。
图2 婴儿胃肠道微生物群落的加速收敛期
4 菌群门水平的动态变化
每个婴儿的胃肠道微生物群落主要由四个门类组成：拟杆菌、放线菌、厚壁菌和变形杆菌。在每个婴儿中，这些门水平的相对丰度遵循复杂的时间轨迹，这些轨迹在个体之间存在显著差异（图3）。根据之前的研究，作者观察到放线菌和变形菌的普遍下降，以及拟杆菌属和厚壁菌之后主导地位的日益增加。有趣的是，尽管ID1在前6个月进行了母乳喂养，但其放线菌的相对丰度非常低（图3a）。
拟杆菌与人类及其他哺乳动物的GI微生物密切相关。与本研究中的其他婴儿相比，ID6具有极低的拟杆菌相对丰度（图3a）。通过聚类分析发现异卵双胞胎（ID10和ID11）在基因上相似，并不紧密聚集，这表明他们能够很好地进行追踪分析。相隔16个月出生的两个宝宝（ID4和ID5）聚集在不同的主要分支上。
图3 婴儿胃肠道微生物在出生后第一年的动态变化
5 双胞胎的比较
ID10因病住院，并在第22天用静脉注射氯唑西林和庆大霉素治疗，然后从第23天至第28天转为静脉注射氨苄青霉素和庆大霉素（图4）。尽管进行了治疗，但双胞胎的定植情况通过追踪发现彼此之间的相似程度要高于其他任何一个婴儿。抗生素治疗对随后的链球菌定植和繁殖没有任何显著影响。实际上，在整个研究期间，链球菌的OTU的动态变化在双胞胎中非常相似。
图4 双胞胎在出生后的第一年的追踪情况
肠道微生物群落表现出明显的时间结构和特定的发育阶段。在2-4个月大的时候，有一段加速收敛期，伴随着双歧杆菌的爆发，研究发现双歧杆菌属与母乳中发现的低聚糖代谢有关。这一时期的菌群变化与固体食物摄入有关，双歧杆菌相对丰度的减少与厚壁菌的增加相吻合。
研究结果强调了肠道定植过程的动态变化和特征，并且作者实验设计思路严谨，通过高频采样保证了实验结果的可信度，为方便大家共同探究提供了一定的理论依据。评价仅属小编的个人看法，欢迎大家一起讨论。感谢大家多提意见，提携小编进步。