The biological effects and expected fate of the vast amount of oil in the Gulf of Mexico from the Deepwater Horizon blowout are unknown owing to the depth and magnitude of this event. Here, we report that the dispersed hydrocarbon plume stimulated deep-sea indigenous γ-Proteobacteria that are closely related to known petroleum degraders. Hydrocarbon-degrading genes coincided with the concentration of various oil contaminants. Changes in hydrocarbon composition with distance from the source and incubation experiments with environmental isolates demonstrated faster-than-expected hydrocarbon biodegradation rates at 5°C. Based on these results, the potential exists for intrinsic bioremediation of the oil plume in the deep-water column without substantial oxygen drawdown.

Antibiotic administration is the standard treatment for the bacterium Helicobacter pylori, the main causative agent of peptic ulcer disease and gastric cancer. However, the long-term consequences of this treatment on the human indigenous microbiota are relatively unexplored. Here we studied short- and long-term effects of clarithromycin and metronidazole treatment, a commonly used therapy regimen against H. pylori, on the indigenous microbiota in the throat and in the lower intestine. The bacterial compositions in samples collected over a four-year period were monitored by analyzing the 16S rRNA gene using 454-based pyrosequencing and terminal-restriction fragment length polymorphism (T-RFLP). While the microbial communities of untreated control subjects were relatively stable over time, dramatic shifts were observed one week after antibiotic treatment with reduced bacterial diversity in all treated subjects in both locations. While the microbiota of the different subjects responded uniquely to the antibiotic treatment some general trends could be observed; such as a dramatic decline in Actinobacteria in both throat and feces immediately after treatment. Although the diversity of the microbiota subsequently recovered to resemble the pre treatment states, the microbiota remained perturbed in some cases for up to four years post treatment. In addition, four years after treatment high levels of the macrolide resistance gene erm(B) were found, indicating that antibiotic resistance, once selected for, can persist for longer periods of time than previously recognized. This highlights the importance of a restrictive antibiotic usage in order to prevent subsequent treatment failure and potential spread of antibiotic resistance.

Antibiotic administration is known to cause short-term disturbances in the microbiota of the human gastrointestinal tract, but the potential long-term consequences have not been well studied. The aims of this study were to analyse the long-term impact of a 7-day clindamycin treatment on the faecal microbiota and to simultaneously monitor the ecological stability of the microbiota in a control group as a baseline for reference. Faecal samples from four clindamycin-exposed and four control subjects were collected at nine different time points over 2 years. Using a polyphasic approach, we observed highly significant disturbances in the bacterial community that persisted throughout the sampling period. In particular, a sharp decline in the clonal diversity of Bacteroides isolates, as assessed by repetitive sequence-based PCR (rep-PCR) and long-term persistence of highly resistant clones were found as a direct response to the antibiotic exposure. The Bacteroides community never returned to its original composition during the study period as assessed using the molecular fingerprinting technique, terminal restriction fragment length polymorphism (T-RFLP). Furthermore, using real-time PCR we found a dramatic and persistent increase in levels of specific resistance genes in DNA extracted from the faeces after clindamycin administration. The temporal variations in the microbiota of the control group were minor compared to the large and persistent shift seen in the exposed group. These results demonstrate that long after the selection pressure from a short antibiotic exposure has been removed, there are still persistent long term impacts on the human intestinal microbiota that remain for up to 2 years post-treatment.

Background & AimsThe composition of the gastrointestinal microbiota is thought to have an important role in the etiology of inflammatory bowel diseases (IBDs) such as Crohn's disease (CD) and ulcerative colitis (UC). Interindividual variation and an inability to detect less abundant bacteria have made it difficult to correlate specific bacteria with disease.MethodsWe used 454 pyrotag sequencing to determine the compositions of microbial communities in feces samples collected from a cohort of 40 twin pairs who were concordant or discordant for CD or UC, and in mucosal samples from a subset of the cohort. The cohort primarily comprised patients who were in remission, but also some with active disease.ResultsThe profiles of the microbial community differed with disease phenotypes; relative amounts of bacterial populations correlated with IBD phenotypes. The microbial compositions of individuals with CD differed from those of healthy individuals, but were similar between healthy individuals and individuals with UC. Profiles from individuals with CD that predominantly involved the ileum differed from those with CD that predominantly involved the colon; several bacterial populations increased or decreased with disease type. Changes specific to patients with ileal CD included the disappearance of core bacteria, such as Faecalibacterium and Roseburia, and increased amounts of Enterobacteriaceae and Ruminococcus gnavus.ConclusionsBacterial populations differ in abundance among individuals with different phenotypes of CD. Specific species of bacteria are associated with ileal CD; further studies should investigate their role in pathogenesis. The composition of the gastrointestinal microbiota is thought to have an important role in the etiology of inflammatory bowel diseases (IBDs) such as Crohn's disease (CD) and ulcerative colitis (UC). Interindividual variation and an inability to detect less abundant bacteria have made it difficult to correlate specific bacteria with disease. We used 454 pyrotag sequencing to determine the compositions of microbial communities in feces samples collected from a cohort of 40 twin pairs who were concordant or discordant for CD or UC, and in mucosal samples from a subset of the cohort. The cohort primarily comprised patients who were in remission, but also some with active disease. The profiles of the microbial community differed with disease phenotypes; relative amounts of bacterial populations correlated with IBD phenotypes. The microbial compositions of individuals with CD differed from those of healthy individuals, but were similar between healthy individuals and individuals with UC. Profiles from individuals with CD that predominantly involved the ileum differed from those with CD that predominantly involved the colon; several bacterial populations increased or decreased with disease type. Changes specific to patients with ileal CD included the disappearance of core bacteria, such as Faecalibacterium and Roseburia, and increased amounts of Enterobacteriaceae and Ruminococcus gnavus. Bacterial populations differ in abundance among individuals with different phenotypes of CD. Specific species of bacteria are associated with ileal CD; further studies should investigate their role in pathogenesis.

Inflammatory bowel disease (IBD) is characterized by flares of inflammation with a periodic need for increased medication and sometimes even surgery. The aetiology of IBD is partly attributed to a deregulated immune response to gut microbiome dysbiosis. Cross-sectional studies have revealed microbial signatures for different IBD subtypes, including ulcerative colitis, colonic Crohn's disease and ileal Crohn's disease. Although IBD is dynamic, microbiome studies have primarily focused on single time points or a few individuals. Here, we dissect the long-term dynamic behaviour of the gut microbiome in IBD and differentiate this from normal variation. Microbiomes of IBD subjects fluctuate more than those of healthy individuals, based on deviation from a newly defined healthy plane (HP). Ileal Crohn's disease subjects deviated most from the HP, especially subjects with surgical resection. Intriguingly, the microbiomes of some IBD subjects periodically visited the HP then deviated away from it. Inflammation was not directly correlated with distance to the healthy plane, but there was some correlation between observed dramatic fluctuations in the gut microbiome and intensified medication due to a flare of the disease. These results will help guide therapies that will redirect the gut microbiome towards a healthy state and maintain remission in IBD.

Autism spectrum disorder (ASD) manifests as alterations in complex human behaviors including social communication and stereotypies. In addition to genetic risks, the gut microbiome differs between typically developing (TD) and ASD individuals, though it remains unclear whether the microbiome contributes to symptoms. We transplanted gut microbiota from human donors with ASD or TD controls into germ-free mice and reveal that colonization with ASD microbiota is sufficient to induce hallmark autistic behaviors. The brains of mice colonized with ASD microbiota display alternative splicing of ASD-relevant genes. Microbiome and metabolome profiles of mice harboring human microbiota predict that specific bacterial taxa and their metabolites modulate ASD behaviors. Indeed, treatment of an ASD mouse model with candidate microbial metabolites improves behavioral abnormalities and modulates neuronal excitability in the brain. We propose that the gut microbiota regulates behaviors in mice via production of neuroactive metabolites, suggesting that gut-brain connections contribute to the pathophysiology of ASD.

The Earth Microbiome Project (EMP) was launched in August 2010, with the ambitious aim of constructing a global catalogue of the uncultured microbial diversity of this planet. The primary vision of the Earth Microbiome Project, to process the microbial diversity and functional potential from approximately 200,000 environmental samples, marks it as an undertaking so massive that it was at first considered to be pure folly (as late as 2012, Jonathan Eisen was quoted in Nature as saying ‘Knight

Here we present a standard developed by the Genomic Standards Consortium (GSC) for reporting marker gene sequences—the minimum information about a marker gene sequence (MIMARKS). We also introduce a system for describing the environment from which a biological sample originates. The 'environmental packages' apply to any genome sequence of known origin and can be used in combination with MIMARKS and other GSC checklists. Finally, to establish a unified standard for describing sequence data and to provide a single point of entry for the scientific community to access and learn about GSC checklists, we present the minimum information about any (x) sequence (MIxS). Adoption of MIxS will enhance our ability to analyze natural genetic diversity documented by massive DNA sequencing efforts from myriad ecosystems in our ever-changing biosphere.

We show that a citizen science, self-selected cohort shipping samples through the mail at room temperature recaptures many known microbiome results from clinically collected cohorts and reveals new ones. Of particular interest is integrating n = 1 study data with the population data, showing that the extent of microbiome change after events such as surgery can exceed differences between distinct environmental biomes, and the effect of diverse plants in the diet, which we confirm with untargeted metabolomics on hundreds of samples.

Permafrost contains an estimated 1672 Pg carbon (C), an amount roughly equivalent to the total currently contained within land plants and the atmosphere. This reservoir of C is vulnerable to decomposition as rising global temperatures cause the permafrost to thaw. During thaw, trapped organic matter may become more accessible for microbial degradation and result in greenhouse gas emissions. Despite recent advances in the use of molecular tools to study permafrost microbial communities, their response to thaw remains unclear. Here we use deep metagenomic sequencing to determine the impact of thaw on microbial phylogenetic and functional genes, and relate these data to measurements of methane emissions. Metagenomics, the direct sequencing of DNA from the environment, allows the examination of whole biochemical pathways and associated processes, as opposed to individual pieces of the metabolic puzzle. Our metagenome analyses reveal that during transition from a frozen to a thawed state there are rapid shifts in many microbial, phylogenetic and functional gene abundances and pathways. After one week of incubation at 5 °C, permafrost metagenomes converge to be more similar to each other than while they are frozen. We find that multiple genes involved in cycling of C and nitrogen shift rapidly during thaw. We also construct the first draft genome from a complex soil metagenome, which corresponds to a novel methanogen. Methane previously accumulated in permafrost is released during thaw and subsequently consumed by methanotrophic bacteria. Together these data point towards the importance of rapid cycling of methane and nitrogen in thawing permafrost.