Biological aging is a multifactorial process involving complex interactions of cellular and biochemical processes that is reflected in omic profiles. Using common clinical laboratory measures in ~30,000 individuals from the MGB-Biobank, we developed a robust, predictive biological aging phenotype, EMRAge, that balances clinical biomarkers with overall mortality risk and can be broadly recapitulated across EMRs. We then applied elastic-net regression to model EMRAge with DNA-methylation (DNAm) and multiple omics, generating DNAmEMRAge and OMICmAge, respectively. Both biomarkers demonstrated strong associations with chronic diseases and mortality that outperform current biomarkers across our discovery (MGB-ABC, n=3,451) and validation (TruDiagnostic, n=12,666) cohorts. Through the use of epigenetic biomarker proxies, OMICmAge has the unique advantage of expanding the predictive search space to include epigenomic, proteomic, metabolomic, and clinical data while distilling this in a measure with DNAm alone, providing opportunities to identify clinically-relevant interconnections central to the aging process.

Although the taxonomic composition of the human microbiome varies tremendously across individuals, its gene composition or functional capacity is highly conserved[1][1]-[5][2]\---|implying an ecological property known as functional redundancy . Such functional redundancy is thought to underlie the stability and resilience of the human microbiome[6][3],[7][4], but its origin is elusive. Here, we investigate the basis for functional redundancy in the human microbiome by analyzing its genomic content network \---| a bipartite graph that links microbes to the genes in their genomes. We show that this network exhibits several topological features, such as highly nested structure and fat-tailed gene degree distribution, which favor high functional redundancy. To explain the origins of these topological features, we develop a simple genome evolution model that explicitly considers selection pressure, and the processes of gene gain and loss, and horizontal gene transfer. We find that moderate selection pressure and high horizontal gene transfer rate are necessary to generate genomic content networks with both highly nested structure and fat-tailed gene degree distribution, and consequently favor high functional redundancy. These findings provide insights into the relationships between structure and function in complex microbial communities. This work elucidates the potential ecological and evolutionary processes that create and maintain functional redundancy in the human microbiome and contribute to its resilience. [1]: #ref-1 [2]: #ref-5 [3]: #ref-6 [4]: #ref-7

Asthma is the most common chronic disease of children, with significant racial/ethnic differences in prevalence, morbidity, mortality and therapeutic response. Albuterol, a bronchodilator medication, is the first-line therapy for asthma treatment worldwide. We performed the largest whole genome sequencing (WGS) pharmacogenetics study to date using data from 1,441 minority children with asthma who had extremely high or low bronchodilator drug response (BDR). We identified population-specific and shared pharmacogenetic variants associated with BDR, including genome-wide significant (p < 3.53 x 10-7) and suggestive (p < 7.06 x 10-6) loci near genes previously associated with lung capacity (DNAH5), immunity (NFKB1 and PLCB1), and β-adrenergic signaling pathways (ADAMTS3 and COX18). Functional analyses centered on NFKB1 revealed potential regulatory function of our BDR-associated SNPs in bronchial smooth muscle cells. Specifically, these variants are in linkage disequilibrium with SNPs in a functionally active enhancer, and are also expression quantitative trait loci (eQTL) for a neighboring gene, SLC39A8. Given the lack of other asthma study populations with WGS data on minority children, replication of our rare variant associations is infeasible. We attempted to replicate our common variant findings in five independent studies with GWAS data. The age-specific associations previously found in asthma and asthma-related traits suggest that the over-representation of adults in our replication populations may have contributed to our lack of statistical replication, despite the functional relevance of the NFKB1 variants demonstrated by our functional assays. Our study expands the understanding of pharmacogenetic analyses in racially/ethnically diverse populations and advances the foundation for precision medicine in at-risk and understudied minority populations.