The composition of the human gut microbiota is linked to health and disease, but knowledge of individual microbial species is needed to decipher their biological roles. Despite extensive culturing and sequencing efforts, the complete bacterial repertoire of the human gut microbiota remains undefined. Here we identify 1,952 uncultured candidate bacterial species by reconstructing 92,143 metagenome-assembled genomes from 11,850 human gut microbiomes. These uncultured genomes substantially expand the known species repertoire of the collective human gut microbiota, with a 281% increase in phylogenetic diversity. Although the newly identified species are less prevalent in well-studied populations compared to reference isolate genomes, they improve classification of understudied African and South American samples by more than 200%. These candidate species encode hundreds of newly identified biosynthetic gene clusters and possess a distinctive functional capacity that might explain their elusive nature. Our work expands the known diversity of uncultured gut bacteria, which provides unprecedented resolution for taxonomic and functional characterization of the intestinal microbiota.

Comprehensive, high-quality reference genomes are required for functional characterization and taxonomic assignment of the human gut microbiota. We present the Unified Human Gastrointestinal Genome (UHGG) collection, comprising 204,938 nonredundant genomes from 4,644 gut prokaryotes. These genomes encode >170 million protein sequences, which we collated in the Unified Human Gastrointestinal Protein (UHGP) catalog. The UHGP more than doubles the number of gut proteins in comparison to those present in the Integrated Gene Catalog. More than 70% of the UHGG species lack cultured representatives, and 40% of the UHGP lack functional annotations. Intraspecies genomic variation analyses revealed a large reservoir of accessory genes and single-nucleotide variants, many of which are specific to individual human populations. The UHGG and UHGP collections will enable studies linking genotypes to phenotypes in the human gut microbiome. More than 200,000 gut prokaryotic reference genomes and the proteins they encode are collated, providing comprehensive resources for microbiome researchers.

MGnify (http://www.ebi.ac.uk/metagenomics) provides a free to use platform for the assembly, analysis and archiving of microbiome data derived from sequencing microbial populations that are present in particular environments. Over the past 2 years, MGnify (formerly EBI Metagenomics) has more than doubled the number of publicly available analysed datasets held within the resource. Recently, an updated approach to data analysis has been unveiled (version 5.0), replacing the previous single pipeline with multiple analysis pipelines that are tailored according to the input data, and that are formally described using the Common Workflow Language, enabling greater provenance, reusability, and reproducibility. MGnify's new analysis pipelines offer additional approaches for taxonomic assertions based on ribosomal internal transcribed spacer regions (ITS1/2) and expanded protein functional annotations. Biochemical pathways and systems predictions have also been added for assembled contigs. MGnify's growing focus on the assembly of metagenomic data has also seen the number of datasets it has assembled and analysed increase six-fold. The non-redundant protein database constructed from the proteins encoded by these assemblies now exceeds 1 billion sequences. Meanwhile, a newly developed contig viewer provides fine-grained visualisation of the assembled contigs and their enriched annotations.

EBI metagenomics (http://www.ebi.ac.uk/metagenomics) provides a free to use platform for the analysis and archiving of sequence data derived from the microbial populations found in a particular environment. Over the past two years, EBI metagenomics has increased the number of datasets analysed 10-fold. In addition to increased throughput, the underlying analysis pipeline has been overhauled to include both new or updated tools and reference databases. Of particular note is a new workflow for taxonomic assignments that has been extended to include assignments based on both the large and small subunit RNA marker genes and to encompass all cellular micro-organisms. We also describe the addition of metagenomic assembly as a new analysis service. Our pilot studies have produced over 2400 assemblies from datasets in the public domain. From these assemblies, we have produced a searchable, non-redundant protein database of over 50 million sequences. To provide improved access to the data stored within the resource, we have developed a programmatic interface that provides access to the analysis results and associated sample metadata. Finally, we have integrated the results of a series of statistical analyses that provide estimations of diversity and sample comparisons.

Comprehensive reference data is essential for accurate taxonomic and functional characterization of the human gut microbiome. Here we present the Unified Human Gastrointestinal Genome (UHGG) collection, a resource combining 286,997 genomes representing 4,644 prokaryotic species from the human gut. These genomes contain over 625 million protein sequences used to generate the Unified Human Gastrointestinal Protein (UHGP) catalogue, a collection that more than doubles the number of gut protein clusters over the Integrated Gene Catalogue. We find that a large portion of the human gut microbiome remains to be fully explored, with over 70% of the UHGG species lacking cultured representatives, and 40% of the UHGP missing meaningful functional annotations. Intra-species genomic variation analyses revealed a large reservoir of accessory genes and single-nucleotide variants, many of which were specific to individual human populations. These freely available genomic resources should greatly facilitate investigations into the human gut microbiome.