Expunerea prenatală la metale influențează dezvoltarea microbiomului intestinal și rezistența sugarilor în primul an de viață

Un studiu amplu realizat pe un eșantion de 146 de perechi mamă-sugar, publicat recent în Nature Communications, investighează pentru prima dată în mod detaliat modul în care expunerea prenatală la oligoelemente (inclusiv metale esențiale și toxice) influențează dezvoltarea microbiomului intestinal, a metabolomului și a profilului de gene de rezistență la antibiotice în primul an de viață.
Microbiomul intestinal uman este un ecosistem extrem de complex, a cărui colonizare timpurie influențează semnificativ sănătatea pe termen lung. În primele luni de viață, dezvoltarea microbiomului este afectată de o serie de factori: modul nașterii, alăptarea, mediu, antibioticele perinatale și, după cum sugerează tot mai multe dovezi, expunerea prenatală la contaminanți de mediu. Studiile anterioare au corelat nivelurile de arsenic, plumb și alți contaminanți cu modificări ale compoziției microbiene și ale metaboliților intestinali la sugari, dar mecanismele implicate au rămas puțin explorate, în special în ceea ce privește influența prenatală și efectele asupra genei de rezistență la antibiotice (GRA).

Despre studiu

Cercetarea a fost realizată în China și a inclus 146 de mame și copiii lor, urmăriți la trei vizite postpartum (~3, 6 și 12 luni). S-au analizat mostre de păr matern (pentru a evalua expunerea prenatală la oligoelemente), probe fecale pereche mamă-copil (pentru microbiom și metabolom) și date metagenomice pentru identificarea GRA.

Au fost analizate 12 oligoelemente: mercur, cadmiu, plumb, arsen, aluminiu, fier, zinc, seleniu, cupru, mangan, nichel și bariu. Părul matern a fost utilizat ca metodă neinvazivă de cuantificare retrospectivă a expunerii cronice prenatale.

Rezultate

Compoziția microbiomului intestinal

• Microbiomul sugarilor a fost distinct de cel matern, dominat de Actinomycetota și Pseudomonadota la 3 luni, cu o tranziție treptată către o compoziție mai apropiată de cea adultă până la 12 luni.
• Principalele genuri identificate la sugari: Bifidobacterium, Escherichia-Shigella, Blautia, Collinsella.
• Diversitatea α (Shannon, Chao1) a crescut odată cu vârsta sugarului (p < 0.05).

Influența modului de naștere și alăptării

• Diversitatea microbiomului a fost mai mare la sugarii născuți cu ajutorul forcepsului, față de cei născuți vaginal sau prin cezariană.
• Diferențele în compoziția microbiană au fost semnificative la 3 și 6 luni, dar au dispărut la 12 luni.
• Nu s-au observat diferențe semnificative între sugari de sex masculin și feminin în diversitatea microbiană.

Asocierea cu expunerea la oligoelemente

• Seleniul prenatal s-a asociat pozitiv cu diversitatea microbiomului la 3 luni (β = 0.017; p = 0.023).
• Cuprul prenatal a fost asociat negativ cu diversitatea (β = -0.032; p = 0.020), cu scăderi evidente ale genurilor probiotice.
• La sugarii hrăniți mixt, expunerea la fier și mangan a crescut diversitatea bacteriană, mai ales la băieți.
• Mercurul prenatal a fost negativ asociat cu diversitatea microbiomului la fetițe (β = −1.31; p = 0.048).
• În cazul nașterilor cu forceps, arsenicul prenatal s-a asociat paradoxal cu o creștere a diversității.

Modificări ale taxonilor bacterieni

• Expunerea prenatală la aluminiu a crescut abundența genurilor Bifidobacterium, Cutibacterium și Erysipelatoclostridium și a redus Hungatella.
• Plumbul a fost asociat cu creșterea abundenței genurilor pro-inflamatorii precum Ruminococcus gnavus.
• Fierul a redus semnificativ Enterococcus, iar manganul a fost asociat cu creșterea Bifidobacterium.

Profilul metabolomic

S-au identificat 3867 metaboliți, cu diferențe semnificative între vârste: 56 între 3 și 6 luni și 515 între 6 și 12 luni. Metaboliții majori aparțineau categoriilor de aminoacizi, acizi grași, flavonoide și acizi biliari.

Metaboliți cheie asociați cu bacterii:

• Lacto-N-fucopentaose III (polizaharid scăzut) → + Streptococcus, − Bifidobacterium.
• Violaceina (hidroxiindol crescut) → + Blautia.
• Gluconic acid (fermentabil de Lactobacillus) → important pentru producerea de butirat.

Profilul de gene de rezistență la antibiotice (GRA)

• 263 GRA identificate, cu 150-160 comune între mame și sugari.
• Cele mai frecvente: gene de rezistență la tetracicline, fluorochinolone, macrolide și rifamicine.
• La 12 luni, profilul GRA al sugarilor a început să semene cu cel matern.
• GRA specifice corelate cu oligoelemente:
  - Mangan negativ asociat cu tetW (tetraciclină).
  - Cupru pozitiv asociat cu acrD și AcrF.
  - Arsenic pozitiv asociat cu mdtB.

Concluzii

Acest studiu oferă primele dovezi longitudinale că expunerea prenatală la oligoelemente, chiar și la doze joase, influențează în mod semnificativ dezvoltarea microbiomului intestinal, a metabolomului și a rezistomului sugarilor în primul an de viață. Elementele nutritive (seleniu, fier, mangan) pot susține diversitatea microbiană, în timp ce elementele toxice (cupru, mercur, plumb, aluminiu) se asociază cu perturbări ale echilibrului microbian și creșteri ale bacteriilor potențial nocive sau a genelor de rezistență.

Implicații și perspective

• Monitorizarea expunerii prenatale la oligoelemente ar putea deveni o strategie importantă de prevenție în sănătatea perinatală.
• Evaluarea non-invazivă a expunerii (prin părul matern) este fezabilă și relevantă.
• Sunt necesare cohorturi mai mari pentru a confirma robustețea acestor rezultate și pentru a explora impactul asupra sănătății pe termen lung.

Aceste rezultate subliniază rolul fundamental al expozomului perinatal în sănătatea intestinală timpurie și justifică intervenții timpurii pentru a reduce expunerea la contaminanți de mediu cu potențial disruptiv asupra microbiomului.