Abstract Several bacterial species have been implicated in the development of colorectal carcinoma ( CRC ), but CRC ‐associated changes of fecal microbiota and their potential for cancer screening remain to be explored. Here, we used metagenomic sequencing of fecal samples to identify taxonomic markers that distinguished CRC patients from tumor‐free controls in a study population of 156 participants. Accuracy of metagenomic CRC detection was similar to the standard fecal occult blood test ( FOBT ) and when both approaches were combined, sensitivity improved > 45% relative to the FOBT , while maintaining its specificity. Accuracy of metagenomic CRC detection did not differ significantly between early‐ and late‐stage cancer and could be validated in independent patient and control populations ( N = 335) from different countries. CRC ‐associated changes in the fecal microbiome at least partially reflected microbial community composition at the tumor itself, indicating that observed gene pool differences may reveal tumor‐related host–microbe interactions. Indeed, we deduced a metabolic shift from fiber degradation in controls to utilization of host carbohydrates and amino acids in CRC patients, accompanied by an increase of lipopolysaccharide metabolism.

Cancers develop through somatic mutagenesis, however germline genetic variation can markedly contribute to tumorigenesis via diverse mechanisms. We discovered and phased 88 million germline single nucleotide variants, short insertions/deletions, and large structural variants in whole genomes from 2,642 cancer patients, and employed this genomic resource to study genetic determinants of somatic mutagenesis across 39 cancer types. Our analyses implicate damaging germline variants in a variety of cancer predisposition and DNA damage response genes with specific somatic mutation patterns. Mutations in the MBD4 DNA glycosylase gene showed association with elevated C>T mutagenesis at CpG dinucleotides, a ubiquitous mutational process acting across tissues. Analysis of somatic structural variation exposed complex rearrangement patterns, involving cycles of templated insertions and tandem duplications, in BRCA1-deficient tumours. Genome-wide association analysis implicated common genetic variation at the APOBEC3 gene cluster with reduced basal levels of somatic mutagenesis attributable to APOBEC cytidine deaminases across cancer types. We further inferred over a hundred polymorphic L1/LINE elements with somatic retrotransposition activity in cancer. Our study highlights the major impact of rare and common germline variants on mutational landscapes in cancer.