Abstract A complex microbial community in the gut generally prevent the colonization of enteric pathogens such as Salmonella . Because of the high complexity, several species or combination of species in the gut can confer colonization resistance. To gain a better understanding of the colonization resistance against Salmonella enterica , we isolated a library of 1,300 bacterial strains from feral chicken gut microbiota which represented a total of 51 species. Using a co-culture assay, we screened the representative species from this library and identified 30 species that inhibited Salmonella enterica Typhimurium. To improve the Salmonella inhibition capacity, from a pool of fast-growing species, we formulated 66 bacterial blends, each of which composed of 10 species. Bacterial blends were more efficient in inhibiting Salmonella as compared to individual species. The blend that showed maximum inhibition (Mix10) also inhibited other serotypes of Salmonella frequently found in poultry. The in vivo effect of Mix10 was examined in a gnotobiotic and conventional chicken model. The Mix10 consortium reduced Salmonella colonization, intestinal tissue damage and inflammation in both models. Cell free supernatant of Mix10 did not show Salmonella inhibition, indicating that Mix10 inhibits Salmonella through either nutritional competition or reinforcement of host immunity. Out of ten species, three species in Mix10 did not colonize while three species constituted more than 70% of the community. Two of these species represents previously uncultured bacteria. Our approach could be used as a high-throughput screening system to identify additional bacterial sub-communities that confer colonization resistance against enteric pathogens and its effect on the host. Importance Salmonella colonization in chicken and human infections originating from Salmonella- contaminated poultry is a significant problem. Poultry has been identified as the most common food linked to enteric pathogen outbreaks in the United States. Since multi-drug resistant Salmonella often colonize chicken and cause human infections, methods to control Salmonella colonization in poultry are needed. The method we describe here could form the basis of developing gut microbiota-derived bacterial blends as a microbial ecosystem therapeutic against Salmonella .

Abstract Bacterial communities in the hindguts of pigs have a profound impact on health and disease. Yet very limited studies have been performed outside intensive swine farms to determine pig gut microbiome composition in natural populations. Feral pigs represent a unique situation where the microbiome structure can be observed outside the realm of modern agriculture. Additionally, Tamworth pigs that freely forage were included to characterize the microbiome structure of this rare breed. In this study, gut microbiome of feral and Tamworth pigs were determined using metagenomics and culturomics. Tamworth pigs are highly dominated by Bacteroidetes primarily composed of the genus Prevotella whereas feral samples were more diverse with almost equal proportions of Firmicutes and Bacteroidetes. In total, 46 distinct species were successfully isolated from 1000 colonies selected. The combination of metagenomics and culture techniques facilitated a greater retrieval of annotated genes than either method alone. Furthermore, the naturally raised Tamworth pig microbiome contained more number of antibiotic resistance genes when compared to feral pig microbiome. The single medium based pig microbiota library we report is a resource to better understand pig gut microbial ecology and function by assembling simple to complex microbiota communities in bioreactors or germfree animal models.

An obligately anaerobic, non-motile, Gram-positive coccobacillus strain SW451 was isolated from pooled cecum contents of feral chickens. Comparative analysis based on 16s rRNA sequence showed that strain SW451 had 95.24% nucleotide sequence similarity to Sellimonas intestinalis BR31T, the closest species with a valid taxonomy. The genome of SW451 is 2.67 Mbp with 45.23 mol% of G+C content. The major cellular fatty acids were C16: 0, C14: 0 and C16: 0 DMA. Based on taxonogenomic, physiological, and biochemical analysis, the strain SW451 represents a new species of the genus Sellimonas, for which the name Sellimonas caecigallum sp. nov. is proposed. The type strain of Sellimonas caecigallum is SW451 (=DSM 109473T).

A major function of the gut microbiota is to provide colonization resistance, wherein pathogens are inhibited or suppressed below infectious level. However, the fraction of gut microbiota required for colonization resistance remains unclear. We used culturomics to isolate a gut microbiota culture collection comprising 1590 isolates belonging to 102 species. Estimated by metagenomic sequencing of fecal samples used for culture, this culture collection represents 50.73% of taxonomic diversity and 70% functional capacity. Using whole genome sequencing we characterized species representatives from this collection, and predicted their phenotypic traits, further characterizing isolates by defining nutrient utilization profile and short chain fatty acid (SCFA) production. When screened using a co-culture assay, 66 species in our culture collection inhibited C. difficile. Several phenotypes, particularly, growth rate, production of SCFAs, and the utilization of mannitol, sorbitol or succinate correlated with C. difficile inhibition. We used a combinatorial community assembly approach to formulate defined bacterial mixes inhibitory to C. difficile. When 256 combinations were tested, we found both species composition and blend size to be important in inhibition. Our results show that the interaction of bacteria with each other in a mix and with other members of gut commensals must be investigated for designing defined bacterial mixes for inhibiting C. difficile in vivo.

Excessive alcohol use is thought to increase the risk of respiratory infections by impairing mucociliary clearance (MCC). In this study, we investigate the hypothesis that alcohol reduces the function of CFTR, the protein that is defective in individuals with cystic fibrosis, thus altering mucus properties to impair MCC and the airway's defense against inhaled pathogens.Sprague Dawley rats with wild type CFTR (+/+), matched for age and sex, were administered either a Lieber-DeCarli alcohol diet or a control diet with the same number of calories for eight weeks. CFTR activity was measured using nasal potential difference (NPD) assay and Ussing chamber electrophysiology of tracheal tissue samples. In vivo MCC was determined by measuring the radiographic clearance of inhaled Tc99 particles and the depth of the airway periciliary liquid (PCL) and mucus transport rate in excised trachea using micro-optical coherence tomography (μOCT). The levels of rat lung MUC5b and CFTR were estimated by protein and mRNA analysis.Alcohol diet was found to decrease CFTR ion transport in the nasal and tracheal epithelium in vivo and ex vivo. This decrease in activity was also reflected in partially reduced full-length CFTR protein levels but not, in mRNA copies, in the lungs of rats. Furthermore, alcohol-fed rats showed a significant decrease in MCC after 8 weeks of alcohol consumption. The trachea from these rats also showed reduced PCL depth, indicating a decrease in mucosal surface hydration that was reflected in delayed mucus transport. Diminished MCC rate was also likely due to the elevated MUC5b expression in alcohol-fed rat lungs.Excessive alcohol use can decrease the expression and activity of CFTR channels, leading to reduced airway surface hydration and impaired mucus clearance. This suggests that CFTR dysfunction plays a role in the compromised lung defense against respiratory pathogens in individuals who drink alcohol excessively.

Lysine-specific demethylase 1 (LSD1 or KDM1A) has emerged as a critical mediator of tumor progression in metastatic castration-resistant prostate cancer (mCRPC). Among mCRPC subtypes, neuroendocrine prostate cancer (NEPC) is an exceptionally aggressive variant driven by lineage plasticity, an adaptive resistance mechanism to androgen receptor axis-targeted therapies. Our study shows that LSD1 expression is elevated in NEPC and associated with unfavorable clinical outcomes. Using genetic approaches, we validated the on-target effects of LSD1 inhibition across various models. We investigated the therapeutic potential of bomedemstat, an orally bioavailable, irreversible LSD1 inhibitor with low nanomolar potency. Our findings demonstrate potent antitumor activity against CRPC models, including tumor regressions in NEPC patient-derived xenografts. Mechanistically, our study uncovers that LSD1 inhibition suppresses the neuronal transcriptional program by downregulating ASCL1 through disrupting LSD1:INSM1 interactions and de-repressing YAP1 silencing. Our data support the clinical development of LSD1 inhibitors for treating CRPC, especially the aggressive NE phenotype.

The human gut microbiota is a complex community comprised of hundreds of species, with a few present in high abundance and the vast majority in low abundance. The biological functions and effects of these low-abundant species on the host are not yet fully understood. In this study, we assembled a bacterial consortium (SC-4) consisting of B. paravirosa, C. comes, M. indica, and A. butyriciproducens, which are low-abundant, short-chain fatty acid (SCFA) producing bacteria isolated from healthy human gut and tested its effect on host health using germfree and human microbiota associated mice models of colitis. Our findings demonstrate that SC-4 can colonize in Germ-free (GF) mice, increasing mucin thickness by activating the MUC-1 and MUC-2 genes, thereby protecting GF mice from Dextran Sodium Sulfate (DSS)-induced colitis. Moreover, SC-4 aided in the recovery of human microbiota-associated mice from DSS-induced colitis, and intriguingly, its administration enhanced the alpha diversity of the gut microbiome, shifting the community composition closer to control levels. We also show a functional redundancy existing in the gut microbiome, resulting in the low abundant SCFA producers acting as a form of insurance, which in turn accelerates recovery from dysbiotic state upon the administration of SC-4. SC-4 colonization also upregulated iNOS gene expression, further supporting its ability to enhance mucin thickness upon colonization. A metagenomic analysis of Inflammatory Bowel Disease (IBD) patient samples revealed a decrease in the abundance of SC-4 bacteria in both Ulcerative Colitis (UC) and Crohn9s Disease (CD), highlighting the potential importance of these species in the human gut. Collectively, our results provide evidence that low-abundant SCFA-producing species in the gut may offer a novel therapeutic approach for IBD.

A Gram-positive and obligately anaerobic bacterium was isolated from cecal content of feral chickens in Brookings, South Dakota, USA. The microorganism grew at 37-45o C and pH 6-7.5. This strain produced acetic acid as the primary metabolic end product. Major fatty acids were C12:0, C14:0, C14:0 DMA and summed feature 1 (C13:1 at 12-13 and C14:0 aldehyde). Phylogenetic analyses based on 16S rRNA gene sequence suggested that strain SW165 belongs to the family Atopobiaceae with the closest relatives being Olsenella profusa DSM 13989T (96.33% similarity), Olsenella umbonate DSM 26220T (96.18%) and Olsenella uli DSM 7084T (96.03%). Genome sequencing revealed a genome size of 2.43 Mbp with a G+C content of 67.59 mol%, which is the highest G+C content among members of the genus Olsenella. Phylogenetic and phenotypic comparison indicated that strain SW165 represents a novel species of the genus Olsenella, for which the name Olsenella lakotia sp. nov. is proposed. The type strain is SW165 (=DSM 107283T).