According to the hygiene hypothesis, the increasing incidence of autoimmune diseases in western countries may be explained by changes in early microbial exposure, leading to altered immune maturation. We followed gut microbiome development from birth until age three in 222 infants in Northern Europe, where early-onset autoimmune diseases are common in Finland and Estonia but are less prevalent in Russia. We found that Bacteroides species are lowly abundant in Russians but dominate in Finnish and Estonian infants. Therefore, their lipopolysaccharide (LPS) exposures arose primarily from Bacteroides rather than from Escherichia coli, which is a potent innate immune activator. We show that Bacteroides LPS is structurally distinct from E. coli LPS and inhibits innate immune signaling and endotoxin tolerance; furthermore, unlike LPS from E. coli, B. dorei LPS does not decrease incidence of autoimmune diabetes in non-obese diabetic mice. Early colonization by immunologically silencing microbiota may thus preclude aspects of immune education.

The acquisition and development of the infant microbiome are key to establishing a healthy host-microbiome symbiosis. The maternal microbial reservoir is thought to play a crucial role in this process. However, the source and transmission routes of the infant pioneering microbes are poorly understood. To address this, we longitudinally sampled the microbiome of 25 mother-infant pairs across multiple body sites from birth up to 4 months postpartum. Strain-level metagenomic profiling showed a rapid influx of microbes at birth followed by strong selection during the first few days of life. Maternal skin and vaginal strains colonize only transiently, and the infant continues to acquire microbes from distinct maternal sources after birth. Maternal gut strains proved more persistent in the infant gut and ecologically better adapted than those acquired from other sources. Together, these data describe the mother-to-infant microbiome transmission routes that are integral in the development of the infant microbiome.

A longitudinal strain-level analysis of the infant gut microbiome after repeated antibiotic treatments reveals decreased diversity and stability, as well as transient increases in antibiotic resistance genes.

The authors compare quality metrics of libraries from seven strand-specific RNA-seq methods in terms of complexity, strand specificity, evenness and continuity of coverage, and expression profiling. They provide a computational pipeline to compare these metrics from any RNA-seq protocol. Strand-specific, massively parallel cDNA sequencing (RNA-seq) is a powerful tool for transcript discovery, genome annotation and expression profiling. There are multiple published methods for strand-specific RNA-seq, but no consensus exists as to how to choose between them. Here we developed a comprehensive computational pipeline to compare library quality metrics from any RNA-seq method. Using the well-annotated Saccharomyces cerevisiae transcriptome as a benchmark, we compared seven library-construction protocols, including both published and our own methods. We found marked differences in strand specificity, library complexity, evenness and continuity of coverage, agreement with known annotations and accuracy for expression profiling. Weighing each method's performance and ease, we identified the dUTP second-strand marking and the Illumina RNA ligation methods as the leading protocols, with the former benefitting from the current availability of paired-end sequencing. Our analysis provides a comprehensive benchmark, and our computational pipeline is applicable for assessment of future protocols in other organisms.

Inflammatory bowel disease (IBD) is characterized by chronic inflammation of the gastrointestinal tract that is associated with changes in the gut microbiome. Here, we sought to identify strain-specific functional correlates with IBD outcomes.We performed metagenomic sequencing of monthly stool samples from 20 IBD patients and 12 controls (266 total samples). These were taxonomically profiled with MetaPhlAn2 and functionally profiled using HUMAnN2. Differentially abundant species were identified using MaAsLin and strain-specific pangenome haplotypes were analyzed using PanPhlAn.We found a significantly higher abundance in patients of facultative anaerobes that can tolerate the increased oxidative stress of the IBD gut. We also detected dramatic, yet transient, blooms of Ruminococcus gnavus in IBD patients, often co-occurring with increased disease activity. We identified two distinct clades of R. gnavus strains, one of which is enriched in IBD patients. To study functional differences between these two clades, we augmented the R. gnavus pangenome by sequencing nine isolates from IBD patients. We identified 199 IBD-specific, strain-specific genes involved in oxidative stress responses, adhesion, iron-acquisition, and mucus utilization, potentially conferring an adaptive advantage for this R. gnavus clade in the IBD gut.This study adds further evidence to the hypothesis that increased oxidative stress may be a major factor shaping the dysbiosis of the microbiome observed in IBD and suggests that R. gnavus may be an important member of the altered gut community in IBD.

Meiosis is a complex developmental process that generates haploid cells from diploid progenitors. We measured messenger RNA (mRNA) abundance and protein production through the yeast meiotic sporulation program and found strong, stage-specific expression for most genes, achieved through control of both mRNA levels and translational efficiency. Monitoring of protein production timing revealed uncharacterized recombination factors and extensive organellar remodeling. Meiotic translation is also shifted toward noncanonical sites, including short open reading frames (ORFs) on unannnotated transcripts and upstream regions of known transcripts (uORFs). Ribosome occupancy at near-cognate uORFs was associated with more efficient ORF translation; by contrast, some AUG uORFs, often exposed by regulated 5' leader extensions, acted competitively. This work reveals pervasive translational control in meiosis and helps to illuminate the molecular basis of the broad restructuring of meiotic cells.

A combined analysis of genome sequence, structure, and expression gives insights into fission yeast biology.