Rationale: Evidence suggests that the gut microbiome is involved in the development of cardiovascular disease, with the host–microbe interaction regulating immune and metabolic pathways. However, there was no firm evidence for associations between microbiota and metabolic risk factors for cardiovascular disease from large-scale studies in humans. In particular, there was no strong evidence for association between cardiovascular disease and aberrant blood lipid levels. Objectives: To identify intestinal bacteria taxa, whose proportions correlate with body mass index and lipid levels, and to determine whether lipid variance can be explained by microbiota relative to age, sex, and host genetics. Methods and Results: We studied 893 subjects from the LifeLines-DEEP population cohort. After correcting for age and sex, we identified 34 bacterial taxa associated with body mass index and blood lipids; most are novel associations. Cross-validation analysis revealed that microbiota explain 4.5% of the variance in body mass index, 6% in triglycerides, and 4% in high-density lipoproteins, independent of age, sex, and genetic risk factors. A novel risk model, including the gut microbiome explained ≤25.9% of high-density lipoprotein variance, significantly outperforming the risk model without microbiome. Strikingly, the microbiome had little effect on low-density lipoproteins or total cholesterol. Conclusions: Our studies suggest that the gut microbiome may play an important role in the variation in body mass index and blood lipid levels, independent of age, sex, and host genetics. Our findings support the potential of therapies altering the gut microbiome to control body mass, triglycerides, and high-density lipoproteins.

Differences in gut microbiota composition and function were observed between patients with inflammatory bowel disease or irritable bowel syndrome.

The gut microbiome is associated with diverse diseases1-3, but a universal signature of a healthy or unhealthy microbiome has not been identified, and there is a need to understand how genetics, exposome, lifestyle and diet shape the microbiome in health and disease. Here we profiled bacterial composition, function, antibiotic resistance and virulence factors in the gut microbiomes of 8,208 Dutch individuals from a three-generational cohort comprising 2,756 families. We correlated these to 241 host and environmental factors, including physical and mental health, use of medication, diet, socioeconomic factors and childhood and current exposome. We identify that the microbiome is shaped primarily by the environment and cohabitation. Only around 6.6% of taxa are heritable, whereas the variance of around 48.6% of taxa is significantly explained by cohabitation. By identifying 2,856 associations between the microbiome and health, we find that seemingly unrelated diseases share a common microbiome signature that is independent of comorbidities. Furthermore, we identify 7,519 associations between microbiome features and diet, socioeconomics and early life and current exposome, with numerous early-life and current factors being significantly associated with microbiome function and composition. Overall, this study provides a comprehensive overview of gut microbiome and the underlying impact of heritability and exposures that will facilitate future development of microbiome-targeted therapies.

There is a critical need for population-based prospective cohort studies because they follow individuals before the onset of disease, allowing for studies that can identify biomarkers and disease-modifying effects, and thereby contributing to systems epidemiology.This paper describes the design and baseline characteristics of an intensively examined subpopulation of the LifeLines cohort in the Netherlands. In this unique subcohort, LifeLines DEEP, we included 1539 participants aged 18 years and older.We collected additional blood (n = 1387), exhaled air (n = 1425) and faecal samples (n = 1248), and elicited responses to gastrointestinal health questionnaires (n = 1176) for analysis of the genome, epigenome, transcriptome, microbiome, metabolome and other biological levels. Here, we provide an overview of the different data layers in LifeLines DEEP and present baseline characteristics of the study population including food intake and quality of life. We also describe how the LifeLines DEEP cohort allows for the detailed investigation of genetic, genomic and metabolic variation for a wide range of phenotypic outcomes. Finally, we examine the determinants of gastrointestinal health, an area of particular interest to us that can be addressed by LifeLines DEEP.We have established a cohort of which multiple data levels allow for the integrative analysis of populations for translation of this information into biomarkers for disease, and which will offer new insights into disease mechanisms and prevention.

Abstract The gut microbiome is associated with diverse diseases, but the universal signature of an (un)healthy microbiome remains elusive and there is a need to understand how genetics, exposome, lifestyle and diet shape the microbiome in health and disease. To fill this gap, we profiled bacterial composition, function, antibiotic resistance and virulence factors in the gut microbiomes of 8,208 Dutch individuals from a three-generational cohort comprising 2,756 families. We then correlated this to 241 host and environmental factors, including physical and mental health, medication use, diet, socioeconomic factors and childhood and current exposome. We identify that the microbiome is primarily shaped by environment and cohousing. Only ∼13% of taxa are heritable, which are enriched with highly prevalent and health-associated bacteria. By identifying 2,856 associations between microbiome and health, we find that seemingly unrelated diseases share a common signature that is independent of comorbidities. Furthermore, we identify 7,519 associations between microbiome features and diet, socioeconomics and early life and current exposome, of which numerous early-life and current factors are particularly linked to the microbiome. Overall, this study provides a comprehensive overview of gut microbiome and the underlying impact of heritability and exposures that will facilitate future development of microbiome-targeted therapies.

Abstract Early development of the gut ecosystem is crucial for lifelong health. While infant gut bacterial communities have been studied extensively, the infant gut virome remains under-explored. We longitudinally assessed the composition of gut viruses and their bacterial hosts in 322 total metagenomes and 205 metaviromes from 30 mothers during and after pregnancy and from their 32 infants during their first year of life. While the maternal gut virome composition remained stable during late pregnancy and after birth, the infant gut virome was dynamic in the first year of life and contained a higher abundance of active temperate phages compared to the maternal gut viromes. The infant gut virome composition was also influenced by infant feeding mode and place of delivery. Lastly, we provide evidence of viral-bacterial strains co-transmission from mothers to infants, demonstrating that infants acquire some of their virome from their mother’s gut. Highlights - Longitudinal characterisation of the gut microbiome and virome in 30 mothers during pregnancy, at birth and 3 months after birth and in 32 infants from birth across the first year of life. - The maternal gut bacteriome changes from the first to the second trimester and then remains stable through birth and the first 3 months after birth. - The maternal gut virome remains stable during late pregnancy, birth and the first 3 months after birth. - The infant gut virome is highly dynamic during the first year of life and is shaped by infant feeding mode and place of delivery. - The infant gut harbours more temperate bacteriophages than the maternal gut, but their relative abundance decreases with increasing infant age. - Gut viral strains and their bacterial host strains are co-transmitted from mothers to their infants. - Gut viral strains are transferred from mother to infant around birth directly or via transfer of their bacterial hosts followed by the induction of prophages.

There is a critical need for population-based prospective cohort studies because they follow individuals before the onset of disease, allowing for studies that can identify biomarkers and disease-modifying effects and thereby contributing to systems epidemiology. This paper describes the design and baseline characteristics of an intensively examined subpopulation of the LifeLines cohort in the Netherlands. For this unique sub-cohort, LifeLines DEEP, additional blood (n=1387), exhaled air (n=1425), fecal samples (n=1248) and gastrointestinal health questionnaires (n=1176) were collected for analysis of the genome, epigenome, transcriptome, microbiome, metabolome and other biological levels. Here, we provide an overview of the different data layers in LifeLines DEEP and present baseline characteristics of the study population including food intake and quality of life. We also describe how the LifeLines DEEP cohort allows for the detailed investigation of genetic, genomic and metabolic variation on a wealth of phenotypic outcomes. Finally, we examine the determinants of gastrointestinal health, an area of particular interest to us that can be addressed by LifeLines DEEP.