Abstract Crohn’s disease (CD) has been traditionally viewed as a chronic inflammatory disease that cause gut wall thickening and complications, including fistulas, by mechanisms not understood. By focusing on Parabacteroides distasonis (presumed modern succinate-producing commensal probiotic), recovered from intestinal microfistulous tracts (cavernous fistulous micropathologies CavFT proposed as intermediate between ‘mucosal fissures’ and ‘fistulas’) in two patients that required surgery to remove CD-damaged ilea, we demonstrate that such isolates exert pathogenic/pathobiont roles in mouse models of CD. Our isolates are clonally-related; potentially emerging as transmissible in the community and mice; proinflammatory and adapted to the ileum of germ-free mice prone to CD-like ileitis (SAMP1/YitFc) but not healthy mice (C57BL/6J), and cytotoxic/ATP-depleting to HoxB8-immortalized bone marrow derived myeloid cells from SAMP1/YitFc mice when concurrently exposed to succinate and extracts from CavFT-derived E. coli , but not to cells from healthy mice. With unique genomic features supporting recent genetic exchange with Bacteroides fragilis -BGF539, evidence of international presence in primarily human metagenome databases, these CavFT Pdis isolates could represent to a new opportunistic Parabacteroides species, or subspecies (‘ cavitamuralis’ ) adapted to microfistulous niches in CD.

Comensal

The negative effects of data clustering due to (intra-class/spatial) correlations are well-known in statistics to interfere with interpretation and study power. Therefore, it is unclear why housing many laboratory mice (>4), instead of one-or-two per cage, with the improper use/reporting of clustered-data statistics, abound in the literature. Among other sources of 'artificial' confounding, including cyclical oscillations of the 'cage microbiome', we quantified the heterogeneity of modern husbandry practices/perceptions. The objective was to identify actionable themes to re-launch emerging protocols and intuitive statistical strategies to increase study power. Amenable for interventions, 'cost-vs-science' discordance was a major aspect explaining heterogeneity and the reluctance to change. Combined, four sources of information (scoping-reviews, professional-surveys, expert-opinion, and 'implementability-score-statistics') indicate that a six-actionable-theme framework could minimize 'artificial' heterogeneity. With a 'Housing Density Cost Simulator' in Excel and fully annotated statistical examples, this framework could reignite the use of 'study power' to monitor the success/reproducibility of mouse-microbiome studies.

Bile acids (BAs) are core gastrointestinal metabolites with dual functions in lipid absorption and cell signaling. BAs circulate between the liver and distal small intestine (i.e., ileum), yet the dynamics through which complex BA pools are absorbed in the ileum and interact with host intestinal cells in vivo remain poorly understood. As ileal absorption is rate-limiting in determining which BAs in the intestinal lumen gain access to host intestinal cells and receptors, and at what concentrations, we hypothesized that defining the rates and routes of ileal BA absorption in vivo would yield novel insights into the physiological forms and functions of mouse enterohepatic BA pools.

The causes for variability of pro-inflammatory surface antigens that affect gut commensal/opportunistic dualism within the phylum Bacteroidota remain unclear (1, 2). Using the classical lipopolysaccharide/O-antigen 'rfb operon' in Enterobacteriaceae as a surface antigen model (5-gene-cluster rfbABCDX), and a recent rfbA-typing strategy for strain classification (3), we characterized the architecture/conservancy of the entire rfb operon in Bacteroidota. Analyzing complete genomes, we discovered that most Bacteroidota have the rfb operon fragmented into non-random gene-singlets and/or doublets/triplets, termed 'minioperons'. To reflect global operon integrity, duplication, and fragmentation principles, we propose a five-category (infra/supernumerary) cataloguing system and a Global Operon Profiling System for bacteria. Mechanistically, genomic sequence analyses revealed that operon fragmentation is driven by intra-operon insertions of predominantly Bacteroides-DNA (thetaiotaomicron/fragilis) and likely natural selection in specific micro-niches. Bacteroides-insertions, also detected in other antigenic operons (fimbriae), but not in operons deemed essential (ribosomal), could explain why Bacteroidota have fewer KEGG-pathways despite large genomes (4). DNA insertions overrepresenting DNA-exchange-avid species, impact functional metagenomics by inflating gene-based pathway inference and overestimating 'extra-species' abundance. Using bacteria from inflammatory gut-wall cavernous micro-tracts (CavFT) in Crohn's Disease (5), we illustrate that bacteria with supernumerary-fragmented operons cannot produce O-antigen, and that commensal/CavFT Bacteroidota stimulate macrophages with lower potency than Enterobacteriaceae, and do not induce peritonitis in mice. The impact of 'foreign-DNA' insertions on pro-inflammatory operons, metagenomics, and commensalism offers potential for novel diagnostics and therapeutics.

Multimodal diseases are those in which affected individuals can be divided into subtypes (or 'data modes'); for instance, 'mild' vs. 'severe', based on (unknown) modifiers of disease severity. Studies have shown that despite the inclusion of a large number of subjects, the causal role of the microbiome in human diseases remains uncertain. The role of the microbiome in multimodal diseases has been studied in animals; however, findings are often deemed irreproducible, or unreasonably biased, with pathogenic roles in 95% of reports. As a solution to repeatability, investigators have been told to seek funds to increase the number of human-microbiome donors (N) to increase the reproducibility of animal studies (doi:10.1016/j.cell.2019.12.025). Herein, through simulations, we illustrate that increasing N will not uniformly/universally enable the identification of consistent statistical differences (patterns of analytical irreproducibility), due to random sampling from a population with ample variability in disease and the presence of 'disease data subtypes' (or modes). We also found that studies do not use cluster statistics when needed (97.4%, 37/38, 95%CI=86.5,99.5), and that scientists who increased N, concurrently reduced the number of mice/donor (y=-0.21x, R2=0.24; and vice versa), indicating that statistically, scientists replace the disease variance in mice by the variance of human disease. Instead of assuming that increasing N will solve reproducibility and identify clinically-predictive findings on causality, we propose the visualization of data distribution using kernel-density-violin plots (rarely used in rodent studies; 0%, 0/38, 95%CI=6.9e-18,9.1) to identify 'disease data subtypes' to self-correct, guide and promote the personalized investigation of disease subtype mechanisms.

Bile acids (BAs) are lipid emulsifying metabolites synthesized in hepatocytes and maintained in vivo through enterohepatic circulation between the liver and small intestine 1 . As detergents, BAs can cause toxicity and inflammation in enterohepatic tissues 2 . Nuclear receptors maintain BA homeostasis in hepatocytes and enterocytes 3 , but it is unclear how mucosal immune cells tolerate high BA concentrations in the small intestine lamina propria (siLP). We previously reported that CD4 + T effector (Teff) cells upregulate expression of the xenobiotic transporter MDR1/ ABCB1 in the siLP to prevent BA toxicity and suppress Crohn’s disease-like small bowel inflammation 4 . Here, we identify the nuclear xenobiotic receptor, constitutive androstane receptor (CAR/ NR1I3 ), as a regulator of MDR1 expression in T cells, and safeguard against BA toxicity and inflammation in the small intestine. CAR was activated and induced large-scale transcriptional reprograming in Teff cells infiltrating the siLP, but not the colon. CAR induced expression of detoxifying enzymes and transporters in siLP Teff cells, as in hepatocytes, but also the key anti-inflammatory cytokine, Il10 . Accordingly, CAR-deficiency in T cells exacerbated, whereas pharmacologic CAR activation suppressed, BA-driven ileitis in T cell-reconstituted Rag −/− mice. These data suggest that CAR acts locally in small intestinal T cells to detoxify BAs and resolve inflammation. Activation of this program offers an unexpected strategy to treat small bowel Crohn’s disease, and provides evidence of lymphocyte sub-specialization within the small intestine.

Due to the shortage of masks during the pandemic, we recently demonstrated that household textiles are effective environmental droplet barriers (EDBs) with identical droplet retention potential as medical masks. To further promote the implementation of a universal community droplet reduction solution based on a synchronized encouragement/enforcement of mask utilization by the public based on widely available textiles (mask fabrication without the need for sewing machines), here we conducted a study using germ-free mice to determine to what extent textiles were effective in vivo. Using a bacterial-suspension spray simulation model of droplet ejection (mimicking a sneeze), we quantified the extent by which 100% cotton textile prevented the contamination of germ-free animals on the other side of the textile-barrier (simulating a properly worn mask). Of relevance, all mice protected with textiles remained germ-free after two sprays (inoculation dose: >600 bacterial droplet units per 56.75cm2) compared to the contamination of mice not protected by a textile (0/12 vs 6/6, Fisher`s exact, p<0.0001). In a second phase of the experiment with 12 germ-free mice exposed again to 10-fold more droplets remained germ-free, while 100% of mice at 180cm became colonized with a single spray (0/8 vs 4/4, Fisher exact, p=0.002). Collectively, barriers protected all mice (even with low-density textiles, heavy vs. light fabric, T-test, p=0.0028) when using textile-EDB to cover the cages (0/20 vs 10/10, Fisher exact, p<0.0001). This study demonstrated, in vivo, that widely available household textiles are 100% effective at preventing contamination of the environment and the exposed animals by microbe-carrying droplets.### Competing Interest Statement

In medicine, parasitic cysts (e.g., brain cysticerci) are believed to be sterile, and are primarily treated with antiparasitic medications, not antibiotics, which could prevent abscess formation and localized inflammation. This study quantified the microbial composition of parasitic cysts in a wild rodent, using multi-kingdom metagenomics to comprehensively assess if parasitic cysts are sterile, and further understand gut microbial translocation and adaptation in wildlife confined environments, outside the gut. Analysis was conducted on DNA from two hepatic parasitic cysts from a feline tapeworm, Hydatigera (Taenia) taeniaeformis, affecting a wild vole mouse (Microtus pennsylvanicus), and from feces, liver and peritoneal fluid of this and two other concurrent individual wild voles trapped during pest control in one of our university research vegetable gardens. Bacterial metagenomics revealed the presence of gut commensal/opportunistic species, Parabacteroides distasonis, Bacteroides (Bacteroidota); Klebsiella variicola, E. coli (Enterobacteriaceae); Enterococcus faecium and Lactobacillus acidophilus (Bacillota) inhabiting the cysts, and peritoneal fluid. Remarkably, viral metagenomics revealed various murine viral species, and unexpectedly, a virus from the insect armyworm moth (Pseudaletia/Mythimna unipuncta), known as Mythimna unipuncta granulovirus A (MyunGV-A), in both cysts, and in one fecal and one peritoneal sample from the other non-cyst voles, indicating the survival and adaption potential of the insect virus in voles. Metagenomics also revealed a significantly lower probability of fungal detection in cysts compared to that in peritoneal fluid/feces (p < 0.05), with single taxon detection in each cyst (Malassezia and Pseudophaeomoniella oleicola). The peritoneal fluid had the highest probability for fungi. In conclusion, metagenomics revealed that bacteria/viruses/fungi coexist within parasitic cysts supporting the potential therapeutic benefits of antibiotics in cystic diseases, and in inflammatory microniches of chronic diseases, such as Crohn’s disease gut wall cavitating micropathologies, from which we recently isolated similar synergistic pathogenic Bacteroidota and Enterobacteriaceae, and Bacillota.

Abstract In medicine, parasitic cysts or cysticerci (fluid-filled cysts, larval stage of tapeworms) are believed to be sterile (no bacteria), and therein, the treatment of cysticerci infestations of deep extra-intestinal tissues ( e . g ., brain) relies almost exclusively on the use of antiparasitic medications, and rarely antibiotics. To date, however, it is unclear why common post-treatment complications include abscessation. This study quantified the microbial composition of parasitic cyst contents in a higher-order rodent host, using multi-kingdom shotgun metagenomics, to improve our understanding of gut microbial translocation and adaptation strategies in wild environments. Analysis was conducted on DNA from two hepatic parasitic cysts ( Hydatigera (Taeenia) taeniaeformis ) in an adult vole mouse ( Microtus arvalis ), and from feces, liver, and peritoneal fluid of three other vole family members living in a vegetable garden in Ohio, USA. Bacterial metagenomics revealed the presence of gut commensal/opportunistic species, including Parabacteroides distasonis, Klebsiella variicola, Enterococcus faecium , and Lactobacillus acidophilus , inhabiting the cysts. Parabacteroides distasonis and other species were also present outside the cyst in the peritoneal fluid. Remarkably, viral metagenomics revealed various murine viral species, but unexpectedly, it detected an insect-origin virus from the army moth ( Pseudaletia / Mythimna unipuncta ) known as Mythimna unipuncta granulovirus A (MyunGV-A) in both cysts, and in one fecal and one peritoneal sample from two different voles, indicating survival of the insect virus and adaption in voles. Metagenomics also revealed a significantly lower probability of fungal detection in the cysts compared to other samples (peritoneal fluid, p<0.05; and feces p<0.05), with single taxon detection in each cyst for Malassezia and Pseudophaeomoniella oleicola . The samples with a higher probability of fungi were the peritoneal fluid. In conclusion, commensal/pathobiont bacterial species can inhabit parasitic tapeworm cysts, which needs to be considered during therapeutic decisions of cysticerci or other chronic disease scenarios where immune privileged and spatially restricted ecosystems with limited nutrients and minimal presence of immune cells could facilitate microbial adaptation, such as within gut wall cavitating micropathologies in Crohn’s disease.