Микробиомы кишечника младенцев колеблются в соответствии с циркадным ритмом, даже когда они культивируются вне тела. Исследователи сообщают в журнале Cell Host & Microbe , что ритм можно обнаружить уже через две недели после рождения, но с возрастом он становится более выраженным. Открытие было сделано в результате рандомизированного контролируемого исследования, которое также показало, что диета оказывает меньшее влияние на развитие и состав микробиома младенца, чем считалось ранее.

«Мы обнаружили, что даже на самых ранних этапах колонизации микробная экосистема развивает циркадный ритм», — говорит старший автор и эксперт по микробиому Дирк Халлер из Технического университета Мюнхена. «Мы уже демонстрировали эти ритмы у взрослых, но не были уверены, когда эти механизмы впервые появятся».

Хотя диета оказала лишь незначительное влияние на развитие микробиома младенцев, исследователи показали, что возраст играет более важную роль.

«Диета имеет значение, но меньше, чем старение кишечника», — говорит Халлер. «Когда мы сравнивали детей, находящихся на грудном и искусственном вскармливании, различия в колонизации микробиома были незначительными. Наша кишечная система, вероятно, немного более гибка в адаптации к тому, что может предложить окружающая среда».

Исследователи использовали рандомизированное контролируемое исследование, чтобы сравнить развитие микробиома у младенцев, находящихся на исключительно грудном вскармливании, с младенцами, получавшими различные типы молочных смесей – молочных смесей без добавок; молочная смесь, содержащая бактерии грудного молока (бифидобактерии); молочная смесь, содержащая сахара, имитирующие грудное молоко (галактоолигосахариды, GOS); или смесь, содержащая как бифидобактерии, так и GOS. Всего в исследовании приняли участие 210 младенцев.

Чтобы долгосрочно отслеживать микробиомы младенцев, команда взяла образцы стула младенцев в возрасте 0,5 месяцев, 1 месяца, 3 месяцев, 7 месяцев и 12 месяцев, а также в возрасте 24 месяцев для подгруппы младенцев. Они также записывали время суток, когда был собран образец стула.

Исследователи обнаружили, что диета мало влияет на рост младенцев или различия в микробиомах младенцев. Несмотря на большие различия, у всех младенцев наблюдалось постепенное увеличение разнообразия кишечной микрофлоры, и к 24 месяцам не было заметной разницы между группами.

Когда они сравнили различные типы смесей, они обнаружили, что детские смеси с добавками GOS более эффективны в обеспечении устойчивого уровня бифидобактерий по сравнению со смесями, содержащими бифидобактерии.

Однако наблюдалась значительная разница в профиле кишечных метаболитов у детей, находящихся исключительно на грудном вскармливании, и у детей, находящихся на искусственном вскармливании. «Метаболитная среда в кишечнике резко различается у детей, находящихся на исключительно грудном вскармливании, и у детей, получающих детские смеси , что может оказать фундаментальное влияние на метаболический прайминг и многие последующие эффекты», — говорит Халлер.

«Мы можем заключить, что грудное молоко влияет на метаболизм в кишечнике ребенка совершенно по-другому».

Исследователи также наблюдали ритмичные 24-часовые колебания численности различных видов микробиома. Когда они взяли детские микробы и вырастили их в непрерывной культуре в лаборатории, бактерии установили тот же циркадный ритм — даже в отсутствие внешнего света или сигналов хозяина. Хотя циркадные ритмы ранее наблюдались в микробиомах взрослых, это первое свидетельство того, что бактерии поддерживают эти ритмы независимо.

«Когда мы их удаляем, они сохраняют суточные колебания, связанные с дневным временем», — говорит Халлер. «Это довольно удивительно, поскольку предполагает, что у бактерий есть некий внутренний механизм, который обеспечивает своего рода адаптацию к дневному и ночному циклу, что потенциально может дать им преимущество при колонизации кишечника человека».

Исследователи планируют продолжить изучение циркадных ритмов микробиома в будущих исследованиях. В частности, они хотят изучить, сохраняют ли отдельные виды бактерий ритмы при выращивании изолированно, а не в сложных сообществах, и найти гены, которые контролируют эти ритмы.

«Для нас следующий вопрос заключается в том, можем ли мы определить механизмы бактерий, которые контролируют их циркадное поведение», — говорит Халлер.