最近這幾年人類腸道菌生態(gut microbiome)越來越受到關注，不少疾病後來都發現和腸胃菌有某些關係（例如自閉症），相關研究也越來越多，但是我們腸道裡的細菌是怎麼來的呢？最近有一篇刊在《Cell Host & Microbe》的研究是針對九十八位瑞典媽媽和她們的小孩，收集了媽媽的在生產時、嬰兒出生後第一天(新生兒)、四個月和一歲大時的糞便，然後定序(metagenomic shotgun sequencing)裡面含有的 DNA 以分析其菌落叢有哪些。
Figure: Backhed et al, Cell Host & Microbe (2015)
這個研究分析了生產方式、母親本身和食物會不會影響嬰兒體類的菌落生態，九十八個嬰兒中有十五位是剖腹產，其他是自然產，出生第一天的糞便是看和母親腸道所帶的菌落是否相同，四個月和十二個月的糞便是看食物對菌落叢的影響，因為四個月以前是以母乳為主，四個月則開始吃副食品(solid foods)，一歲後開始吃全餐(full meals)。
研究結果分為以下幾點：
1) 自然產 vs. 剖腹產
以總和來說，最多的細菌種類(phyla)是 Bacteroidetes 和 Firmicutes，第二多的有 Actinobacteria 和 Proteobacteria，嬰兒有的菌落通常媽媽也有，一歲大嬰兒的菌落叢和母親的最相近，但是生產方式會影響嬰兒腸道內的菌落種類。以剛出生的嬰兒來說(出生第一天)，剖腹產的新生兒(newborn)體內菌落以皮膚和口腔的細菌為主，還有一些週遭環境裡的細菌，表示這些因為生產方式而帶進的細菌成為新生兒體內的第一批寄主，媽媽和新生兒體內的菌落只有 41% 是相同的。相較之下，自然產的嬰兒和媽媽相同菌落有 72% 是相同的，而其中的菌種(genus)則是以 Bacteroides, Bifidobacterium, Parabacteroides 和 Escherichia/Shigella 為主，都是新生兒中最多的菌落種類，這個結果也和之前
早產兒腸道菌落的研究相符。
新生兒腸道內以 Escherichia/Shigella 為最大量菌種的，此菌種被採集到的時間點也比較早，和胎糞及胎盤中含有大量 Escherichia DNA 的現象是符合的，而剖腹產的新生兒體內的 Escherichia/Shigella 和自然產的相較之下則比較少。剖腹產和自然產的嬰兒，其腸道內菌落的差異性在四個月到一年期間慢慢減少。
以上結果表示，新生兒腸道裡大多數較早出現的菌落是從母親那裡獲得的，而生產方式也影響了嬰兒體內的菌落生態。
（註：Escherichia/Shigella 屬 Proteobacteria，Bacteroides/Parabacteroides 屬 Bacteroidetes，Bifidobacterium 屬 Actinobacteria。）
2) 食物
在嬰兒出生後的第一年裡，腸道裡的菌落生態會由簡單變成複雜，會越來越像成人的，也會越來越跟母親的菌落群相似。
因為細菌多帶有抵抗抗生素(antibiotics)的基因，所以人類腸道裡的菌落裡充滿了各種抗抗生素的基因，這些基因的集合體被稱作 resistome，這個研究發現新生兒的腸道菌內有不少抗抗生素的基因，最多的是抗 bacitracin, tetracycline 和 macrolides，這幾個也是成人腸道裡最多的。而剖腹產的嬰兒，其腸道菌落裡有的抗抗生素的基因比然產的多。
菌落叢生態也和飲食有關，像是飲食以母乳為主新生兒和四個月大的嬰兒，其菌落叢帶有消化母乳糖分的酵素基因，而開始吃副食品的一歲大嬰兒的腸道菌則帶有消化多醣類、澱粉和果膠(pectin)的酵素基因。
| newborn |
4-month |
12-month |
| PTS (carbohydrate uptake) |
lactose-specific transporter (milk as dominated diet) |
B. thetatiotaomicron & pectinesterase (primary enzymes in pectin degradation |
| genes required for sugar degradation from breast milk |
genes required for sugar degradation from breast milk |
genes involved in degradation of complex sugars and starch |
| genes for vitamin K2 synthesis (Bacteroides & Escherichia/Shigella) |
b-glucoside-specific transporters |
b-glucoside-specific transporters |
腸道菌也是維他命的重要生產者，例如 Escherichia/Shigella 製造維他命 K2，還有負責生成維他命 B 群的基因，像是 B9 (folate)、B6 (pyridoxal) 和 B7 (biotin)，製造 B1 (thiamine)、B5 (pantothenate) 和 B12 (cobalamin) 的基因也會隨著年齡而增加。另外，重要胺基酸的製造、運送和代謝的多寡也會隨著年齡而改變。
3) 腸道環境的轉變
以自然產來說，新生兒最多的菌種為 Enterococcus, Escherichia/Shigella, Streptococcus 和 Rothia，表示腸道內是相對有氧的環境，而到了四個月大的時候，主要菌落為 Bifidobacterium, Lactobacillus, Collinsella, Granulicatella, Veilonella，顯示環境中的氧氣減少，而因為此時的食物以乳製品為主，乳酸(lactic acid)的製造和使用也增加了。一歲大的菌落叢則包含了新生兒和四個月大的嬰兒腸道裡有的，外加只有一歲才有的菌種，例如 Eikenella。這些菌落大多數是負責降解食物中的纖維和製造短鍊脂肪酸(short chain fatty acid)，分解碳酸化合物(carbohydrates)的功能也變強大，表示嬰兒的腸道環境慢慢轉變為成人的腸道環境。而剖腹產的嬰兒，每個階段的菌種都和自然產的不同。
4) 母奶的影響
分為剖腹產、自然產和只餵母奶，還有自然產和母奶和配方奶兩個都餵三組，結果發現有加餵配方奶的新生兒和四個月大的嬰兒，其腸胃菌生態比只餵母奶的成熟（指比較像成人的腸道菌生態），然後剖腹產的又比自然產的都成熟。
只餵母奶的和只餵配方奶的嬰兒，在四個月大的時候，其腸道菌落有明顯的不同，只餵母奶的有比較多（所謂的）益生菌(probiotics)，像是 L. johnsonii/L. gasseri, L. paracasei/L. casei, B. logum。喝配方奶的四個月大嬰兒，其腸道菌較多的則是 B. adolescentis。
一歲大的嬰兒停喝母奶改喝配方奶後，腸道菌的生態會大幅改變，會變得比較接近成人的腸道菌落，像是會有比較多的 Bacteroides, Bilophila, Roseburia, Clostridium, Anaerostipes，而仍然喝母奶的則不變，依然是以 Bifidobacterium, Lactobacillus, Collinsella, Megasphaera, Veillonella 為主（多為四個月大腸道的主要菌種），這些也是母奶裡帶有的菌種。相較之下，只喝母奶的一歲大嬰兒，其「腸道菌生態年齡」（microbiota age）比不再喝母奶的嬰兒的「腸道菌生態年齡」年輕。
（註：Roseburia, Clostrium, Anaerostipes 屬 Clostridia）
（補充：之前的
早產兒腸道菌研究，顯示嬰兒的腸道菌變化分三個階段，最初以 Bacilli 為主，Gammaproteobacteria 在 Bacilli 減少後快速增加，Clostridia 則是慢慢增多，最後成為主要菌落之一。）
總結來說，嬰兒腸道裡的菌落並非隨機產生的，生產方式和母奶是決定一歲前嬰兒的腸道生態的主要決定因素。之前對美國嬰兒的研究和這篇瑞典嬰兒的研究，都顯示隨著年齡的增長，腸道菌落的組成會和原本的(新生兒和四個月大的)差異性越來越大，到一歲時，嬰兒腸道菌落生態會變成和母親的更為相似，也就是變成熟了(maturation)。
自然產的嬰兒，其早期(一歲以前)的腸道菌都是得自於母親，菌落以 Bacteroides 和 Bifidobacterium 為主。相比之下，剖腹產的腸道菌得自於母親的機率較少（例如重要的 Bacteroides 和 Bifidobacterium），其腸道菌落通常與口腔和皮膚的細菌比較相近。腸道菌在嬰兒的生長過程中，扮演了製造維他命和重要胺基酸的角色，而飲食影響了嬰兒以一歲以前的腸道菌生態。不再喝母奶的嬰兒，其腸道菌落會轉變成較似成人的，例如以 Clostridia 居多。相對的，喝母乳的一歲嬰兒其菌落仍是以 Bifidobacterium 和 Lactobacillus 等為主。隨著飲食的改變，腸道菌落種類也會改變，例如四個月到一歲開始吃副食品之後，會出現負責分解食物纖維和多醣類、澱粉的菌種，不過這些改變並不明顯，直到停掉母乳之後才會大幅變化，停喝母乳是改變腸道菌生態，讓其功能更具多樣性、更接近成人的腸道菌落的主要推手。此論文作者說，目前還不知道哪種菌落生態會比較好，但是涵蓋有各種菌落的腸道菌生態也許會比較健康。
所以這表示母乳吃太久也不好，早點戒掉反而能夠讓嬰兒的腸道菌落更有多樣性囉？
另外，這個研究我比較訝異的是自然產和剖腹產為什麼差那麼多？因為 sample 來源是糞便，照理說第一天的應該都一樣阿~ 那時候會在出現在糞便的應該都是從媽媽來的吧？在媽媽肚子裡的時候，外界的細菌要怎麼跑進嬰兒的腸胃裡？還有阿，不知道有沒有做剖腹產但是喝母奶的，很好奇母奶會不會讓剖腹產的嬰兒長出自然產有的那些細菌。
Articles:
Kerry Grens. Maturation of the Infant Microbiome. The Scientist (2015)
Kate Yandel. Gut’s Earliest Bacterial Colonizers. The Scientist (2014)
Papers:
F Backhed et al. Dynamics and Stabilization of the Human Gut Microbiome during the First Year of Life. Cell Host & Microbe (2015)
La Rosa et al. Patterned progression of bacterial populations in the premature infant gut. PNAS (2014)
