Abstract A complex microbial community in the gut generally prevent the colonization of enteric pathogens such as Salmonella . Because of the high complexity, several species or combination of species in the gut can confer colonization resistance. To gain a better understanding of the colonization resistance against Salmonella enterica , we isolated a library of 1,300 bacterial strains from feral chicken gut microbiota which represented a total of 51 species. Using a co-culture assay, we screened the representative species from this library and identified 30 species that inhibited Salmonella enterica Typhimurium. To improve the Salmonella inhibition capacity, from a pool of fast-growing species, we formulated 66 bacterial blends, each of which composed of 10 species. Bacterial blends were more efficient in inhibiting Salmonella as compared to individual species. The blend that showed maximum inhibition (Mix10) also inhibited other serotypes of Salmonella frequently found in poultry. The in vivo effect of Mix10 was examined in a gnotobiotic and conventional chicken model. The Mix10 consortium reduced Salmonella colonization, intestinal tissue damage and inflammation in both models. Cell free supernatant of Mix10 did not show Salmonella inhibition, indicating that Mix10 inhibits Salmonella through either nutritional competition or reinforcement of host immunity. Out of ten species, three species in Mix10 did not colonize while three species constituted more than 70% of the community. Two of these species represents previously uncultured bacteria. Our approach could be used as a high-throughput screening system to identify additional bacterial sub-communities that confer colonization resistance against enteric pathogens and its effect on the host. Importance Salmonella colonization in chicken and human infections originating from Salmonella- contaminated poultry is a significant problem. Poultry has been identified as the most common food linked to enteric pathogen outbreaks in the United States. Since multi-drug resistant Salmonella often colonize chicken and cause human infections, methods to control Salmonella colonization in poultry are needed. The method we describe here could form the basis of developing gut microbiota-derived bacterial blends as a microbial ecosystem therapeutic against Salmonella .

Abstract Clostridioides difficile is an antibiotic-resistant bacterium that causes serious, toxin-mediated enteric disease in humans and animals. Gut dysbiosis and resultant alterations in the intestinal bile acid profile play an important role in the pathogenesis of C. difficile infection (CDI). Restoration of the gut microbiota and re-establishment of bacterial bile acid metabolism using fecal microbiota transplantation (FMT) has been established as a promising strategy against this disease, although this method has several limitations. Thus, a more defined and precise microbiota-based approach using bacteria that biotransform primary bile acids into secondary bile acids could effectively overcome these limitations and control CDI. Therefore, a screening pipeline was developed to isolate bile acid converting bacteria from fecal samples. Dogs were selected as a model CDI-resistant microbiota donor for this pipeline, which yielded a novel Peptacetobacter hiranonis strain that possesses unique anti- C. difficile properties, and both bile acid deconjugation and 7-α dehydroxylating activities to perform bile acid conversion. The screening pipeline included a set of in vitro tests along with a precision in vivo gut colonization and bile acid conversion test using altered Schadler flora (ASF) colonized mice. In addition, this pipeline also provided essential information on the growth requirements for screening and cultivating the candidate bacterium, its survival in a CDI predisposing environment, and potential pathogenicity. The model pipeline documented here yielded multiple bile acid converting bacteria, including a P. hiranonis isolate with unique anti- C. difficile biotherapeutic potential, which can be further tested in subsequent preclinical and human clinical trials.

Wastewater surveillance has emerged as a crucial public health tool for population-level pathogen surveillance. Supported by funding from the American Rescue Plan Act of 2021, the FDA's genomic epidemiology program, GenomeTrakr, was leveraged to sequence SARS-CoV-2 from wastewater sites across the United States. This initiative required the evaluation, optimization, development, and publication of new methods and analytical tools spanning sample collection through variant analyses. Version-controlled protocols for each step of the process were developed and published on protocols.io. A custom data analysis tool and a publicly accessible dashboard were built to facilitate real-time visualization of the collected data, focusing on the relative abundance of SARS-CoV-2 variants and sub-lineages across different samples and sites throughout the project. From September 2021 through June 2023, a total of 3,389 wastewater samples were collected, with 2,517 undergoing sequencing and submission to NCBI under the umbrella BioProject, PRJNA757291. Sequence data were released with explicit quality control (QC) tags on all sequence records, communicating our confidence in the quality of data. Variant analysis revealed wide circulation of Delta in the fall of 2021 and captured the sweep of Omicron and subsequent diversification of this lineage through the end of the sampling period. This project successfully achieved two important goals for the FDA's GenomeTrakr program: first, contributing timely genomic data for the SARS-CoV-2 pandemic response, and second, establishing both capacity and best practices for culture-independent, population-level environmental surveillance for other pathogens of interest to the FDA.

ABSTRACT A Gram-positive, non-motile, rod-shaped facultative anaerobic bacterial strain SG502 T was isolated from the healthy human fecal samples in Brookings, SD, USA. The comparison of the 16S rRNA gene placed the strain within the Clostridium cluster XVI, where, Clostridium innocuum ATCC 14501 T , Longicatena caecimuris strain PG-426-CC-2, Eubacterium dolichum DSM 3991 T and Eubacterium tortuosum DSM 3987 T were its closest taxa with 95.15%, 94.49%, 93.28%, and 93.20% sequence identities respectively. The optimal growth temperature and pH for the strain SG502 T were 37°C and 7.0 respectively. Acetate was the major short-chain fatty acid product of the strain SG502 T when grown in BHI-M medium. The major cellular fatty acids produced by the strain SG502 T were C 18:1 ω9c, C 18:0 and C 16:0 . The DNA G+C content of the strain was 34.34 mol%. The average nucleotide identity of the genome of the strain SG502 T and its closest neighbor C. innocuum ATCC 14501 T was 63.48%. Based on the polyphasic analysis, the type strain SG502 T (=DSM 107282 T ), represents a novel species of the genus Clostridium for which the name Clostridium fusiformis sp. nov. is proposed.

Abstract Bacterial communities in the hindguts of pigs have a profound impact on health and disease. Yet very limited studies have been performed outside intensive swine farms to determine pig gut microbiome composition in natural populations. Feral pigs represent a unique situation where the microbiome structure can be observed outside the realm of modern agriculture. Additionally, Tamworth pigs that freely forage were included to characterize the microbiome structure of this rare breed. In this study, gut microbiome of feral and Tamworth pigs were determined using metagenomics and culturomics. Tamworth pigs are highly dominated by Bacteroidetes primarily composed of the genus Prevotella whereas feral samples were more diverse with almost equal proportions of Firmicutes and Bacteroidetes. In total, 46 distinct species were successfully isolated from 1000 colonies selected. The combination of metagenomics and culture techniques facilitated a greater retrieval of annotated genes than either method alone. Furthermore, the naturally raised Tamworth pig microbiome contained more number of antibiotic resistance genes when compared to feral pig microbiome. The single medium based pig microbiota library we report is a resource to better understand pig gut microbial ecology and function by assembling simple to complex microbiota communities in bioreactors or germfree animal models.

The aim of this study was to generate a reference set of Salmonella enterica genomes isolated from wildlife from the United States and to determine the antimicrobial resistance and virulence gene profile of the isolates from the genome sequence data. We sequenced the whole genomes of 103 Salmonella isolates sampled between 1988 and 2003 from wildlife and exotic pet cases that were submitted to the Oklahoma Animal Disease Diagnostic Laboratory, Stillwater, Oklahoma. Among 103 isolates, 50.48% were from wild birds, 0.9% was from fish, 24.27% each were from reptiles and mammals. 50.48% isolates showed resistance to at least one antibiotic. Resistance against the aminoglycoside streptomycin was most common while 9 isolates were found to be multi-drug resistant having resistance against more than three antibiotics. Determination of virulence gene profile revealed that the genes belonging to csg operons, the fim genes that encode for type 1 fimbriae and the genes belonging to type III secretion system were predominant among the isolates. The universal presence of fimbrial genes and the genes encoded by pathogenicity islands 1-2 among the isolates we report here indicates that these isolates could potentially cause disease in humans. Therefore, the genomes we report here could be a valuable reference point for future traceback investigations when wildlife is considered to be the potential source of human Salmonellosis.

Strain SG-772 is a Gram positive, strictly anoxic bacterium isolated from the feces of a healthy human fecal donor. Based on 16S rRNA gene sequence, the strain showed maximum similarity (94.39%) with Blautia stercoris GAM6-1 in EZ-Taxon server and thus assigned the genus Blautia. The scanning electron micrograph of the bacterium revealed the characteristic coccobacillus shape as well as the complete absence of flagellum, suggesting its non-motile phenotype. This strain was found to utilize 27 substrates based on Biolog AN plates assay, with maximum preference for D-mannitol. Additionally, the strain was found to be resistant to tetracycline and streptomycin. Genome sequencing and analysis revealed an overall genome size of 3.49 Mbp and GC content of 43.97%. Based on RAST annotation server, the closest neighbor was Blautia hansenii DSM20583. Average Nucleotide Identity (ANI) of these strains were 81.69%, suggesting a high level of genomic variation. The comparative genome analysis of strain SG772 with B. hansenii DSM20583 revealed a total of 411 orthologous genes coding for basic metabolic functions. Furthermore, the genomes were functionally distinct based on COG categories. Thus, based on all these differences, we propose a novel species of genus Blautia named as Blautia brookingsii SG772.

A gnotobiotic chicken model was developed to study the succession of intestinal microflora from hatching to 18 days of age. Intestinal samples were collected from a local population of feral chickens and administered orally to germ-free 3 day old chicks. Animals were enthanized on 0, 9 and 18 days of age and intestinal samples were collected and subjected to genomic analysis. The five most prevalent phyla were Bacteroidetes (45.73%), Firmicutes (36.47%), Proteobacteria (8.28%), Actinobacteria (5.09%), and Spriochetes (2.10%). Principle coordinate analysis indicated the 0, 9 day and 18 day variables clustered together and the microbial communities changed temporally. The Morista-Horn index values ranged from 0.72 to 1, indicating the communities at 0, 9 or 18 days were more similar than dissimilar. The predicted functional profiles of the microbiomes of 0, 9 and 18 days were also similar. These results indicate the gnotobiotic chicks stably maintain the phylogentic diversity and predicted metabolic functionality of the inoculum community. Importance: The domestic chicken is the cornerstone of animal agriculture worldwide with a flock population exceeding 40 billion birds/year. It serves as the economically valuable source of protein globally. Microbiome of poultry has important effects on chicken growth, feed conversion, immune status and pathogen resistance. The significance of our research is in developing a gnotobiotic chicken model to study chicken gut microbiota function. Our experimental model shows that young germfree chicks are able to colonize diverse set of gut bacteria. Therefore, besides using this model to study mechanisms of gut microbiota interactions in the chicken gut, our model could be also used for applied aspects such as determining the safety and efficacy of new probiotic strains derived from chicken gut microbiota.

Salmonella enterica serotype Dublin (S. Dublin) is a bovine-adapted serotype that can cause serious systemic infections in humans. Despite the increasing prevalence of human infections and the negative impact on agricultural processes, little is known about the population structure of the serotype. To this end, we compiled a manually curated dataset comprising of 880 S. Dublin genomes. Core genome phylogeny and ancestral state reconstruction revealed that region-specific clades dominate the global population structure of S. Dublin. Strains of S. Dublin in the UK are genomically distinct from US, Brazilian and African strains. The geographical partitioning impacts the composition of the core genome as well as the ancillary genome. Antibiotic resistance genes are almost exclusively found in US genomes and is mediated by an IncA/C2 plasmid. Phage content and the S. Dublin virulence plasmid were strongly conserved in the serotype. Comparison of S. Dublin to a closely related serotype, Salmonella enterica serotype Enteritidis, revealed that S. Dublin contains 82 serotype specific genes that are not found in S. Enteritidis. Said genes encode metabolic functions involved in the uptake and catabolism of carbohydrates and virulence genes associated with type VI secretion systems and fimbria assembly respectively.

An obligately anaerobic, non-motile, Gram-positive coccobacillus strain SW451 was isolated from pooled cecum contents of feral chickens. Comparative analysis based on 16s rRNA sequence showed that strain SW451 had 95.24% nucleotide sequence similarity to Sellimonas intestinalis BR31T, the closest species with a valid taxonomy. The genome of SW451 is 2.67 Mbp with 45.23 mol% of G+C content. The major cellular fatty acids were C16: 0, C14: 0 and C16: 0 DMA. Based on taxonogenomic, physiological, and biochemical analysis, the strain SW451 represents a new species of the genus Sellimonas, for which the name Sellimonas caecigallum sp. nov. is proposed. The type strain of Sellimonas caecigallum is SW451 (=DSM 109473T).