De initiële kolonisatie van de darm van een zuigeling is een complex proces dat de basis legt voor een gezonde ontwikkeling van het microbioom. Bifidobacterium longum is een van de eerste kolonisatoren van de darm van pasgeborenen en speelt een cruciale rol in de gezonde ontwikkeling van zowel de gastheer als zijn microbioom. B. longumvertoont echter een aanzienlijke genomische diversiteit, waarbij ondersoorten (bijv. Bifidobacterium longum subsp. infantisen subsp. longum) verschillende ecologische en metabolische strategieën vertonen, waaronder verschillende capaciteiten om menselijke melkglycanen (HMG’s) af te breken. Om een gezonde ontwikkeling van het microbioom van zuigelingen te bevorderen, is een goed begrip nodig van de factoren die de dynamiek van het microbioom van zuigelingen bepalen.
We analyseerden nieuw gesequencede darmmicrobioommonsters van moeder-kind paren van de Amsterdam Infant Microbiome Study (AIMS) en vier publiek beschikbare datasets om belangrijke omgevings- en bifidobacteriële kenmerken te identificeren die geassocieerd worden met het kolonisatiesucces en de opvolgingsresultaten van B. longumsubspecies. Metagenoom-geassembleerde genomen (MAGs) werden gegenereerd en beoordeeld om kenmerken van B. longum subspecies te identificeren in relatie tot darmkolonisatie tijdens het vroege leven. Verder implementeerden we ‘machine learning tools’ om significante kenmerken te identificeren die geassocieerd worden met de abundantie van B. longum subsoorten.
B. longum subsp. longum was de meest voorkomende en overvloedige darm-Bifidobacterium na één maand, en werd vervangen door B. longum subsp. infantisna na zes maanden. Door gebruik te maken van metagenoom-geassembleerde genomen (MAGs), onthullen we significante verschillen tussen en binnen B. longumsubsoorten in hun vermogen om HMGs af te breken. We combineerden stamtracering, meta-pangenomics en machine learning om deze overvloeddynamiek te begrijpen en vonden een samenspel van prioriteitseffecten, melkvoedingstype en HMG-gebruikspotentieel om deze overvloed gedurende de eerste zes levensmaanden te bepalen. We vinden hogere abundanties van B. longum subsp. longumin het maternale darmmicrobioom, verticale transmissie, moedermelk en een breder scala aan HMG-gebruikende genen om de abundantie te bevorderen op de leeftijd van één maand. Uiteindelijk vinden we dat B. longum subsp. longum wordt vervangen door B. longum subsp. infantis op de leeftijd van zes maanden door een combinatie van voedingsinname, HMG-utilisatiepotentieel en een afname van prioritaire effecten.
Onze resultaten stellen een ecologisch raamwerk op stamniveau vast dat de overvloeddynamiek van B. longumondersoorten op jonge leeftijd verklaart. We benadrukken de rol van prioriteitseffecten, voeding en significante variabiliteit in HMG-benuttingspotentieel bij het bepalen van de voorspelbare kolonisatie- en successieprocessen van B. longum ondersoorten, met mogelijke implicaties voor het bevorderen van de gezondheid en het welzijn van zuigelingen.
