Associations in infant gut microbiota's taxonomic and inferred metabolic composition with immune cells at 12 months

Abstract

Den menneskelige mage-tarmkanalen rommer et sammensatt og mangfoldig økologisk felleskap av kommensal tarmflora tett tilknyttet verten. Fra dyrestudier er det bevist at tarmfloraens komponenter og metabolitter er essensielle for korrekt modulering og modning av vertens immunsystem, særlig i spedbarnsalder, da perturbasjon av tarmflora tidlig i livet kan forstyrre utviklingen av immunforsvaret og senere medføre immunrelaterte sykdommer. Fremskritt i metagenomiske analyser tillater nå en mer dyptgående undersøkelse av sammenhengene også mellom menneskelig immunitet og tarmflora. Dette prosjektet tok dermed i sikte på å bestemme tarmfloraens relative taksonomiske og utledete metabolske sammensetning det første leveåret for å undersøke mulige assosiasjoner til den relative immuncellesammensetningen ved 12 måneders alder. Studien inkluderte deler av biologiske prøver samlet i Prevent Atopic Dermatitis and ALLergies kohortstudien. Tarmfloraens taksonomiske og utledete metabolske sammensetning ble bestemt fra langsgående fekale prøver ved henholdsvis Redusert Metagenomisk Sekvensering med Kraken2 HumGut- og Virtual Metabolic Human-databasen. De fekale prøvene fordeler seg over følgende tidspunkt: 60 prøver fra spedbarnets første avføring (mekonium) og deres gravide mødre, 59 prøver fra 3 og 6 måneder og 180 prøver fra 12 måneder. Korrelasjonsanalyser med korreksjon for multippel testing ble deretter utført på disse tarmflora sammensetningene til den tilgjengelige immuncellesammensetning for 67 av barna ved 12 måneders alder. Resultatene viste negative korrelasjoner mellom relativ forekomst av multiple slekter, arter og utledede metabolitter i prøver fra mødre, mekonium og 12 måneder, til relativ forekomst av klassiske, ikke-klassiske og proinflammatoriske monocytter ved 12 måneder. Et annet funn var den positive korrelasjonen mellom den relative forekomsten av fire arter ved 3 og 6 måneder til den relative forekomsten av naive CD8+ T-celler ved 12 måneder. Den relative forekomsten av to slekter ved 3 måneder var positivt korrelert til den relative forekomsten av T-hukommelsesceller ved 12 måneder, mens den relative forekomsten av utledet smørsyre var negativt korrelert til den relative forekomsten av CD56bright NK-celler, begge ved 12 måneder. Oppsummert indikerer funnene at den relative forekomsten av flere mikrobielle taksonomiske og utledete metabolske egenskaper i tarmen er assosiert med den relative forekomsten av flere immunceller. Av immuncellene viser monocytter den sterkeste assosiasjonen til tarmflora. Imidlertid trengs det ytterligere forskning for å utforske de biologiske implikasjonene til de identifiserte korrelasjonene.

The human gastrointestinal tract harbors a complex and diverse ecological community of commensal gut microbes closely connected to the host. Animal-based studies have found that gut microbial components and metabolites are essential for correct modulation and maturation of the host’s immune system, especially during infancy. An early-life perturbation in the gut microbial community can disrupt the immune system development and lead to later immunerelated diseases. Recent advancement in metagenomic analysis enables now a more in-depth exploration of human immunity and gut microbiota connections. Thus, did this project aim to determine the gut microbiota’s relative taxonomic and inferred metabolic composition in the first year of life to investigate possible associations to the relative immune cell composition at 12 months of age. The study included a subset of biological samples from the Prevent Atopic Dermatitis and ALLergies cohort study. The gut microbiota’s taxonomic and inferred metabolic composition was determined from longitudinal fecal samples by Reduced Metagenome Sequencing with the Kraken2 HumGut and the Virtual Metabolic Human database, respectively. The following time points distribute the fecal samples: 60 samples from the infants’ first feces (meconium) and corresponding pregnant mother, 59 samples from 3 and 6 months, and 180 samples from 12 months. Correlation analysis with correction for multiple testing was conducted on these gut microbial compositions to the available immune cell composition for 67 of the children at 12 months of age.