Early-life antibiotic use is associated with increased risk for metabolic and immunological diseases, and mouse studies indicate a causal role of the disrupted microbiome. However, little is known about the impacts of antibiotics on the developing microbiome of children. Here we use phylogenetics, metagenomics and individual antibiotic purchase records to show that macrolide use in 2-7 year-old Finnish children (N=142; sampled at two time points) is associated with a long-lasting shift in microbiota composition and metabolism. The shift includes depletion of Actinobacteria, increase in Bacteroidetes and Proteobacteria, decrease in bile-salt hydrolase and increase in macrolide resistance. Furthermore, macrolide use in early life is associated with increased risk of asthma and predisposes to antibiotic-associated weight gain. Overweight and asthmatic children have distinct microbiota compositions. Penicillins leave a weaker mark on the microbiota than macrolides. Our results support the idea that, without compromising clinical practice, the impact on the intestinal microbiota should be considered when prescribing antibiotics.

Abstract There is growing interest in understanding how diet affects the intestinal microbiota, including its possible associations with systemic diseases such as metabolic syndrome. Here we report a comprehensive and deep microbiota analysis of 14 obese males consuming fully controlled diets supplemented with resistant starch (RS) or non-starch polysaccharides (NSPs) and a weight-loss (WL) diet. We analyzed the composition, diversity and dynamics of the fecal microbiota on each dietary regime by phylogenetic microarray and quantitative PCR (qPCR) analysis. In addition, we analyzed fecal short chain fatty acids (SCFAs) as a proxy of colonic fermentation, and indices of insulin sensitivity from blood samples. The diet explained around 10% of the total variance in microbiota composition, which was substantially less than the inter-individual variance. Yet, each of the study diets induced clear and distinct changes in the microbiota. Multiple Ruminococcaceae phylotypes increased on the RS diet, whereas mostly Lachnospiraceae phylotypes increased on the NSP diet. Bifidobacteria decreased significantly on the WL diet. The RS diet decreased the diversity of the microbiota significantly. The total 16S ribosomal RNA gene signal estimated by qPCR correlated positively with the three major SCFAs, while the amount of propionate specifically correlated with the Bacteroidetes. The dietary responsiveness of the individual’s microbiota varied substantially and associated inversely with its diversity, suggesting that individuals can be stratified into responders and non-responders based on the features of their intestinal microbiota.

Maternal prenatal stress has been often associated with infant physical development and health, as well as psychological functioning and behavior. However, the mechanisms underlying these relations remain elusive. The goal of the present study was to prospectively investigate the development of the intestinal microbiota as a potential pathway linking maternal prenatal stress and infant health. The development of the infant intestinal microbiota was followed over the first 110 days after birth in a healthy cohort of 56 vaginally born Dutch infants. Additionally, the relation between infant intestinal microbiota and gastrointestinal and allergic symptoms was examined. Results showed that maternal prenatal stress, i.e., either reported stress or elevated basal maternal salivary cortisol concentrations or both, was strongly and persistently associated with the infants’ microbiota composition as determined by a phylogenetic microarray. Infants of mothers with high cumulative stress (i.e., high reported stress and high cortisol concentrations) during pregnancy had significantly higher relative abundances of Proteobacterial groups known to contain pathogens (related to Escherichia, Serratia, and Enterobacter), and lower relative abundances of lactic acid bacteria (i.e., Lactobacillus, Lactoccus, Aerococcus) and Bifidobacteria, altogether characteristics of a potentially increased level of inflammation. Furthermore, this aberrant colonization pattern was related to more maternally reported infant gastrointestinal symptoms and allergic reactions. In conclusion, clear links were found between maternal prenatal stress and the infant intestinal microbiota and health. Although causality cannot be concluded, the results suggest a possible mechanism by which maternal prenatal stress influences the offspring development. These results suggest a potential for bacterial interventions to enhance offspring health and development in pregnant women with stress.

Abstract The use of relative next generation sequencing (NGS) abundance data can lead to misinterpretations of microbial community structures as the increase of one taxon leads to concurrent decrease of the other(s). To overcome compositionality, we provide a quantitative NGS solution, which is achieved by adjusting the relative 16S rRNA gene amplicon NGS data with quantitative PCR (qPCR-based) total bacterial counts. By comparing the enumeration of dominant bacterial groups on different taxonomic levels in human fecal samples using taxon-specific 16S rRNA gene-targeted qPCR we show that quantitative NGS is able to estimate absolute bacterial abundances accurately. We also observed a higher degree of correspondence in the estimated microbe-metabolite relationship when quantitative NGS was applied. Being conceptually and methodologically analogous to amplicon-based NGS, our qPCR-based method can be readily incorporated into the standard, high-throughput NGS sample processing pipeline for more accurate description of interactions within and between the microbes and host.

Microbial colonization of the neonatal gut involves maternal seeding, which is partially disrupted in cesarean-born infants and after intrapartum antibiotic prophylaxis. However, other physically close individuals could complement such seeding. To assess the role of both parents and of induced seeding, we analyzed two longitudinal metagenomic datasets (health and early life microbiota [HELMi]: N = 74 infants, 398 samples, and SECFLOR: N = 7 infants, 35 samples) with cesarean-born infants who received maternal fecal microbiota transplantation (FMT). We found that the father constitutes a stable source of strains for the infant independently of the delivery mode, with the cumulative contribution becoming comparable to that of the mother after 1 year. Maternal FMT increased mother-infant strain sharing in cesarean-born infants, raising the average bacterial empirical growth rate while reducing pathogen colonization. Overall, our results indicate that maternal seeding is partly complemented by that of the father and support the potential of induced seeding to restore potential deviations in this process.

Abstract The purpose of this study is to describe the defecation pattern of healthy infants up to 17 weeks of age. We included 1052 healthy term infants from the prospective HELMi cohort (NCT03996304). Parents filled in recurring online questionnaires on feeding, gastrointestinal function, and crying weekly for the first 17 weeks of life. Defecation frequency was highest at the age of 3 weeks (a median of 4 times/day, interquartile range (IQR) 2.9–5). At each time point, the median defecation frequency of breastfed infants was higher than that of infants receiving formula (e.g., at week 17 a median of 2 times/day, IQR 0.9–3.6, and a median of 1.1, IQR 0.6–1.4, respectively). The dominant color of the stool was most often yellow or light brown. Nearly black stools were reported in the first week of life in 3.4%. Nearly half (47.4%) of the infants had green stool color dominating for at least 1 week, with comparable frequency among breastfed (47.7%) and formula-fed (45.2%) infants. Green stools were associated with a higher defecation frequency (linear mixed-effect model p < 0.0001). Occasional blood in stool was reported in 9.3% and recurrent blood in 5.2% of the infants with no difference in stool consistency. Hard stools were rare (≤ 1%). Conclusion : This study enlightens the spectrum of defecation patterns in healthy term infants during the first 17 weeks of life. A better understanding of bowel function helps healthcare professionals distinguish normal from abnormal when addressing defecation, the color of stools, and the type of feeding. What is Known: • Breastfed infants have more frequent and more yellow-colored stools than formula-fed infants. • Stools with green color are often suggested by the parents or even by medical professionals to indicate disease or discomfort in early life. What is New: • Nearly half of the healthy term infants had green stool dominating for at least one week during the first 17 weeks and occasional blood was reported in almost 10% of the infants during this period. • Data on normal variation in bowel function and stool may serve primary health care professionals when educating the families and caretakers of infants.