婴儿间的菌株传播影响肠道菌群发育

婴儿肠道菌群的早期建立是一个复杂过程，主要通过母亲及其他家庭成员的微生物传播实现，随后几年会不断演变，最终形成稳定的成人样菌群。虽然家庭向婴儿的菌株传播已被广泛研究，但婴儿后期（包括在社交环境中与同伴互动阶段）的菌群发展却很少受到关注。鉴于近期研究发现人际间的代内微生物传播广泛且影响个体菌群组成，本研究推测托儿所等早期社交环境可能通过婴儿间传播对其肠道菌群产生重大影响。

为此，研究团队开展了“microTOUCH-baby”研究，这是一项菌株水平的纵向宏基因组研究，旨在模拟首次进入托儿所的婴儿与其密切接触者（包括家人和保育员）之间的肠道菌群传播。该研究招募了134名参与者，包括43名首次进入托儿所的婴儿（入托中位年龄10个月）、7名同住 siblings、39名母亲、30名父亲、5只宠物以及10名保育员，样本来自意大利特伦托的3所公立托儿所。婴儿平均每个工作日在托儿所度过8小时，不同班级活动和空间共享有限。

研究从第一学期开始前（T01，此时不同家庭的参与者尚未有托儿所相关接触）开始采样，至圣诞节托儿所关闭后结束，期间婴儿每周采集粪便样本，成人采样频率较低。部分样本采集持续至第二学期及学年末和暑假结束。共收集并测序1013份微生物组样本，结合元数据（如年龄、健康状况、抗生素使用史等）进行分析。

结果显示，成人与婴儿的菌群组成差异显著，婴儿菌群存在年龄依赖性差异，而成人菌群则受饮食影响。值得注意的是，10个月大时（T01），母亲分娩时的抗生素预防和分娩方式对菌群α多样性已无显著影响。有兄弟姐妹的婴儿菌群多样性更高，这支持了先前关于兄弟姐妹可丰富婴儿菌群的发现；而有宠物的婴儿菌群多样性较低，但经年龄调整后无统计学意义。在托儿所3个月期间，婴儿的α多样性增加，婴儿间的β多样性显著降低，提示菌群趋同，可能与人际传播有关。

菌株共享分析表明，研究初期母婴菌株共享率中位数为50%，与以往研究一致。家庭内个体间菌株共享率高，而初期家庭间共享率低。研究捕捉到大量菌株共享事件，其中不同家庭个体间的共享占比最高，但经比较对数归一化后，家庭内共享菌株数远高于家庭间。

通过追踪多宿主菌株传播，发现了复杂的传播链，如某 Akkermansia muciniphila 菌株由一名婴儿从母亲处获得后，传播给另一名婴儿及其父母。宠物与人类间的菌株传播较少，但家庭内宠物与婴儿的传播显著高于家庭间。

托儿所内菌株传播模式显示，随着时间推移，菌株异质性降低，部分菌株在婴儿中传播并占据优势。有8株菌在入托前仅1名婴儿携带，之后传播至≥50%的婴儿。婴儿间共享菌株数从入托前的2.5株增至第一学期末的7.2株，菌株共享关系与托儿所班级一致。婴儿的菌株保留率最低，菌株替换率最高，反映了婴儿肠道菌群的高可塑性。

入托约1个月后，同班婴儿的菌株共享率显著高于不同托儿所婴儿，第一学期末同班共享率达20.2%。第二学期末，婴儿间菌株共享率进一步增至33.3%，暑假期间虽有所下降，但仍高于第一学期末水平。

与家庭传播相比，入托3个月后，婴儿从托儿所同伴获得的菌株比例（28.4%）显著超过从家庭获得的比例（20.0%），相对丰度也更高（39.6% vs 20.6%）。有兄弟姐妹的婴儿从托儿所获得的菌株显著 fewer，可能与早期从兄弟姐妹处获得菌株“饱和”有关。

物种传播能力分析显示，高传播性物种多为耐氧菌和孢子形成菌，如 Streptococcus gallolyticus、Bifidobacterium pseudocatenulatum 等。婴儿间 Bifidobacterium breve 和 Dorea formicigenerans 的传播率显著高于母婴间，Bifidobacterium longum 亚种 infantis 仅在婴儿中检测到，且婴儿间传播率高。

抗生素使用是影响菌株传播的重要因素，会显著降低成人和婴儿的菌株保留率，婴儿尤为明显。抗生素治疗后，婴儿肠道菌群通过获得新物种和菌株替换快速补充，且婴儿的菌株获取能力显著强于成人。

综上，本研究表明，婴儿在托儿所第一年通过广泛的婴儿间菌株传播来组装、扩展和改变肠道菌群，社交互动是婴儿菌群发展的关键驱动因素，其作用甚至超过家庭传播。这为理解早期菌群建立及相关健康影响提供了新视角。