Objectives

 Habitual diet plays a major role in shaping the composition of the gut microbiota, and also determines the repertoire of microbial metabolites that can influence the host. The typical Western diet corresponds to that of an omnivore; however, the Mediterranean diet (MD), common in the Western Mediterranean culture, is to date a nutritionally recommended dietary pattern that includes high-level consumption of cereals, fruit, vegetables and legumes. To investigate the potential benefits of the MD in this cross-sectional survey, we assessed the gut microbiota and metabolome in a cohort of Italian individuals in relation to their habitual diets. 

Design and results

 We retrieved daily dietary information and assessed gut microbiota and metabolome in 153 individuals habitually following omnivore, vegetarian or vegan diets. The majority of vegan and vegetarian subjects and 30% of omnivore subjects had a high adherence to the MD. We were able to stratify individuals according to both diet type and adherence to the MD on the basis of their dietary patterns and associated microbiota. We detected significant associations between consumption of vegetable-based diets and increased levels of faecal short-chain fatty acids, Prevotella and some fibre-degrading Firmicutes, whose role in human gut warrants further research. Conversely, we detected higher urinary trimethylamine oxide levels in individuals with lower adherence to the MD. 

Conclusions

 High-level consumption of plant foodstuffs consistent with an MD is associated with beneficial microbiome-related metabolomic profiles in subjects ostensibly consuming a Western diet. 

Trial registration number

 This study was registered at clinical trials.gov as NCT02118857.

Natural antimicrobial compounds perform their action mainly against cell membranes. The aim of this work was to evaluate the interaction, meant as a mechanism of action, of essential oil antimicrobial compounds with the microbial cell envelope. The lipid profiles of Escherichia coli O157:H7, Staphylococcus aureus, Salmonella enterica serovar Typhimurium, Pseudomonas fluorescens, and Brochothrix thermosphacta cells treated with thymol, carvacrol, limonene, eugenol, and cinnamaldehyde have been analyzed by gas chromatography. In line with the fatty acids analysis, the treated cells were also observed by scanning electron microscopy (SEM) to evaluate structural alterations. The overall results showed a strong decrease of the unsaturated fatty acids (UFAs) for the treated cells; in particular, the C18:2trans and C18:3cis underwent a notable reduction contributing to the total UFA decreases, while the saturated fatty acid C17:0 raised the highest concentration in cinnamaldehyde-treated cells. SEM images showed that the used antimicrobial compounds quickly exerted their antimicrobial activities, determining structural alterations of the cell envelope. Keywords: Essential oils; natural antimicrobial compounds; cell envelope alterations; scanning electron microscopy

ABSTRACT The microbial spoilage of beef was monitored during storage at 5°C under three different conditions of modified-atmosphere packaging (MAP): (i) air (MAP1), (ii) 60% O 2 and 40% CO 2 (MAP2), and (iii) 20% O 2 and 40% CO 2 (MAP3). Pseudomonas , Enterobacteriaceae , Brochothrix thermosphacta , and lactic acid bacteria were monitored by viable counts and PCR-denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE) analysis during 14 days of storage. Moreover, headspace gas composition, weight loss, and beef color change were also determined at each sampling time. Overall, MAP2 was shown to have the best protective effect, keeping the microbial loads and color change to acceptable levels in the first 7 days of refrigerated storage. The microbial colonies from the plate counts of each microbial group were identified by PCR-DGGE of the variable V6-V8 region of the 16S rRNA gene. Thirteen different genera and at least 17 different species were identified after sequencing of DGGE fragments that showed a wide diversity of spoilage-related bacteria taking turns during beef storage in the function of the packaging conditions. The countable species for each spoilage-related microbial group were different according to packaging conditions and times of storage. In fact, the DGGE profiles displayed significant changes during time and depending on the initial atmosphere used. The spoilage occurred between 7 and 14 days of storage, and the microbial species found in the spoiled meat varied according to the packaging conditions. Rahnella aquatilis , Rahnella spp., Pseudomonas spp., and Carnobacterium divergens were identified as acting during beef storage in air (MAP1). Pseudomonas spp. and Lactobacillus sakei were found in beef stored under MAP conditions with high oxygen content (MAP2), while Rahnella spp. and L. sakei were the main species found during storage using MAP3. The identification of the spoilage-related microbiota by molecular methods can help in the effective establishment of storage conditions for fresh meat.

Objectives This study aimed to explore the effects of an isocaloric Mediterranean diet (MD) intervention on metabolic health, gut microbiome and systemic metabolome in subjects with lifestyle risk factors for metabolic disease. Design Eighty-two healthy overweight and obese subjects with a habitually low intake of fruit and vegetables and a sedentary lifestyle participated in a parallel 8-week randomised controlled trial. Forty-three participants consumed an MD tailored to their habitual energy intakes (MedD), and 39 maintained their regular diets (ConD). Dietary adherence, metabolic parameters, gut microbiome and systemic metabolome were monitored over the study period. Results Increased MD adherence in the MedD group successfully reprogrammed subjects’ intake of fibre and animal proteins. Compliance was confirmed by lowered levels of carnitine in plasma and urine. Significant reductions in plasma cholesterol (primary outcome) and faecal bile acids occurred in the MedD compared with the ConD group. Shotgun metagenomics showed gut microbiome changes that reflected individual MD adherence and increase in gene richness in participants who reduced systemic inflammation over the intervention. The MD intervention led to increased levels of the fibre-degrading Faecalibacterium prausnitzii and of genes for microbial carbohydrate degradation linked to butyrate metabolism. The dietary changes in the MedD group led to increased urinary urolithins, faecal bile acid degradation and insulin sensitivity that co-varied with specific microbial taxa. Conclusion Switching subjects to an MD while maintaining their energy intake reduced their blood cholesterol and caused multiple changes in their microbiome and metabolome that are relevant in future strategies for the improvement of metabolic health.

Prevotella copri is a common human gut microbe that has been both positively and negatively associated with host health. In a cross-continent meta-analysis exploiting >6,500 metagenomes, we obtained >1,000 genomes and explored the genetic and population structure of P. copri. P. copri encompasses four distinct clades (>10% inter-clade genetic divergence) that we propose constitute the P. copri complex, and all clades were confirmed by isolate sequencing. These clades are nearly ubiquitous and co-present in non-Westernized populations. Genomic analysis showed substantial functional diversity in the complex with notable differences in carbohydrate metabolism, suggesting that multi-generational dietary modifications may be driving reduced prevalence in Westernized populations. Analysis of ancient metagenomes highlighted patterns of P. copri presence consistent with modern non-Westernized populations and a clade delineation time pre-dating human migratory waves out of Africa. These findings reveal that P. copri exhibits a high diversity that is underrepresented in Western-lifestyle populations.

ABSTRACT Mesophilic and psychrotrophic populations from refrigerated meat were identified in this study, and the spoilage potential of microbial isolates in packaged beef was evaluated by analyzing the release of volatile organic compounds (VOC) by gas chromatography-mass spectrometry (GC/MS). Fifty mesophilic and twenty-nine psychrotrophic isolates were analyzed by random amplified polymorphic DNA-PCR, and representative strains were identified by 16S rRNA gene sequencing. Carnobacterium maltaromaticum and C. divergens were the species most frequently found in both mesophilic and psychrotrophic populations. Acinetobacter baumannii , Buttiauxella spp. and Serratia spp. were identified among the mesophilic isolates, while Pseudomonas spp. were commonly identified among the psychrotrophs. The isolates were further characterized for their growth at different temperatures and their proteolytic activity in vitro on meat proteins extracts at 7°C. Selected proteolytic strains of Serratia proteamaculans , Pseudomonas fragi , and C. maltaromaticum were used to examine their spoilage potential in situ. Single strains of these species and mixtures of these strains were used to contaminate beef chops that were packed and stored at 7°C. At time intervals up to 1 month, viable counts were determined, and VOC were identified by GC/MS. Generally, the VOC concentrations went to increase during the storage of the contaminated meats, and the profiles of the analyzed meat changed dramatically depending on the contaminating microbial species. About 100 volatiles were identified in the different contaminated samples. Among the detected volatiles, some specific molecules were identified only when the meat was contaminated by a specific microbial species. Compounds such as 2-ethyl-1-hexanol, 2-buten-1-ol, 2-hexyl-1-octanol, 2-nonanone, and 2-ethylhexanal were detectable only for C. maltaromaticum , which also produced the highest number of aldehydes, lactones, and sulfur compounds. The highest number of alcohols and ketons were detected in the headspace of meat samples contaminated by P. fragi , whereas the highest concentrations of some alcohols, such as 1-octen-3-ol, and some esters, such as isoamyl acetate, were produced by S. proteamaculans . In conclusion, different microbial species can contribute to meat spoilage with release of different volatile compounds that concur to the overall quality decrease of spoiling meat.

The role of intestinal Prevotella species in human health is controversial, with both positive and negative associations. Strain-level diversity may contribute to discrepancies in genus and species associations with health and disease. We dissected the gut metagenomes of Italians with varying dietary habits, investigating the presence of distinct Prevotella copri strains. Fiber-rich diets were linked to P. copri types with enhanced potential for carbohydrate catabolism. P. copri strains associated with an omnivore diet had a higher prevalence of the leuB gene-involved in branched-chain amino acid biosynthesis-a risk factor for glucose intolerance and type 2 diabetes. These P. copri pangenomes were compared to existing cohorts, providing evidence of distinct gene repertoires characterizing different P. copri populations, with drug metabolism and complex carbohydrate degradation significantly associated with Western and non-Western individuals, respectively. Strain-level P. copri diversity in gut microbiomes is affected by diet and should be considered when examining host-microbe associations.

Background: Epidemiology associates whole-grain (WG) consumption with several health benefits. Mounting evidence suggests that WG wheat polyphenols play a role in mechanisms underlying health benefits. Objective: The objective was to assess circulating concentration, excretion, and the physiologic role of WG wheat polyphenols in subjects with suboptimal dietary and lifestyle behaviors. Design: A placebo-controlled, parallel-group randomized trial with 80 healthy overweight/obese subjects with low intake of fruit and vegetables and sedentary lifestyle was performed. Participants replaced precise portions of refined wheat (RW) with a fixed amount of selected WG wheat or RW products for 8 wk. At baseline and every 4 wk, blood, urine, feces, and anthropometric and body composition measures were collected. Profiles of phenolic acids in biological samples, plasma markers of metabolic disease and inflammation, and fecal microbiota composition were assessed. Results: WG consumption for 4–8 wk determined a 4-fold increase in serum dihydroferulic acid (DHFA) and a 2-fold increase in fecal ferulic acid (FA) compared with RW consumption (no changes). Similarly, urinary FA at 8 wk doubled the baseline concentration only in WG subjects. Concomitant reduction in plasma tumor necrosis factor-α (TNF-α) after 8 wk and increased interleukin (IL)-10 only after 4 wk with WG compared with RW (P = 0.04) were observed. No significant change in plasma metabolic disease markers over the study period was observed, but a trend toward lower plasma plasminogen activator inhibitor 1 with higher excretion of FA and DHFA in the WG group was found. Fecal FA was associated with baseline low Bifidobacteriales and Bacteroidetes abundances, whereas after WG consumption, it correlated with increased Bacteroidetes and Firmicutes but reduced Clostridium. TNF-α reduction correlated with increased Bacteroides and Lactobacillus. No effect of dietary interventions on anthropometric measurements and body composition was found. Conclusions: WG wheat consumption significantly increased excreted FA and circulating DHFA. Bacterial communities influenced fecal FA and were modified by WG wheat consumption. This trial was registered at clinicaltrials.gov as NCT01293175.

We present a global atlas of 4,728 metagenomic samples from mass-transit systems in 60 cities over 3 years, representing the first systematic, worldwide catalog of the urban microbial ecosystem. This atlas provides an annotated, geospatial profile of microbial strains, functional characteristics, antimicrobial resistance (AMR) markers, and genetic elements, including 10,928 viruses, 1,302 bacteria, 2 archaea, and 838,532 CRISPR arrays not found in reference databases. We identified 4,246 known species of urban microorganisms and a consistent set of 31 species found in 97% of samples that were distinct from human commensal organisms. Profiles of AMR genes varied widely in type and density across cities. Cities showed distinct microbial taxonomic signatures that were driven by climate and geographic differences. These results constitute a high-resolution global metagenomic atlas that enables discovery of organisms and genes, highlights potential public health and forensic applications, and provides a culture-independent view of AMR burden in cities.

Abstract Prevotella copri is a common inhabitant of the human gut. Interest in P. copri has gathered pace due to conflicting reports on whether it is beneficial or detrimental to health. In a cross-continent meta-analysis exploiting >6,500 available metagenomes supported by new isolate sequencing and recovery of high-quality genomes from metagenomes, we obtained >1,000 P. copri genomes. This 100-fold increase over existing isolate genomes allowed the genetic and global population structure of P. copri to be explored at an unprecedented depth. We demonstrate P. copri is not a monotypic species, but encompasses four distinct clades (>10% inter-clade vs. <4% intra-clade average single nucleotide variants) for which we propose the name P. copri complex, comprising clades A, B, C and D. We show the complex is near ubiquitous in non-Westernised populations (95.4% versus 29.6% in Westernised populations), where all four clades are typically co-present within an individual (61.6% of the cases), in contrast to Westernised populations (4.6%). Genomic analysis of the complex reveals substantial and complementary functional diversity, including the potential for utilisation of complex carbohydrates, suggestive that multi-generational dietary modifications may be a driver for the reduced P. copri prevalence in Westernised populations. Analysis of ancient stool microbiomes highlights a similar pattern of P. copri presence consistent with modern non-Westernised populations, allowing us to estimate the time of clade delineation to pre-date human migratory waves out of Africa. Our analysis reveals P. copri to be far more diverse than previously appreciated and this diversity appears to be underrepresented in Western-lifestyle populations.