Background

 In-home iron fortification for infants in developing countries is recommended for control of anaemia, but low absorption typically results in >80% of the iron passing into the colon. Iron is essential for growth and virulence of many pathogenic enterobacteria. We determined the effect of high and low dose in-home iron fortification on the infant gut microbiome and intestinal inflammation. 

Methods

 We performed two double-blind randomised controlled trials in 6-month-old Kenyan infants (n=115) consuming home-fortified maize porridge daily for 4 months. In the first, infants received a micronutrient powder (MNP) containing 2.5 mg iron as NaFeEDTA or the MNP without iron. In the second, they received a different MNP containing 12.5 mg iron as ferrous fumarate or the MNP without the iron. The primary outcome was gut microbiome composition analysed by 16S pyrosequencing and targeted real-time PCR (qPCR). Secondary outcomes included faecal calprotectin (marker of intestinal inflammation) and incidence of diarrhoea. We analysed the trials separately and combined. 

Results

 At baseline, 63% of the total microbial 16S rRNA could be assigned to Bifidobacteriaceae but there were high prevalences of pathogens, including Salmonella Clostridiumdifficile, Clostridiumperfringens, and pathogenic Escherichia coli. Using pyrosequencing, +FeMNPs increased enterobacteria, particularly Escherichia/Shigella (p=0.048), the enterobacteria/bifidobacteria ratio (p=0.020), and Clostridium (p=0.030). Most of these effects were confirmed using qPCR; for example, +FeMNPs increased pathogenic E. coli strains (p=0.029). +FeMNPs also increased faecal calprotectin (p=0.002). During the trial, 27.3% of infants in +12.5 mgFeMNP required treatment for diarrhoea versus 8.3% in −12.5 mgFeMNP (p=0.092). There were no study-related serious adverse events in either group. 

Conclusions

 In this setting, provision of iron-containing MNPs to weaning infants adversely affects the gut microbiome, increasing pathogen abundance and causing intestinal inflammation. 

Trial registration number

 NCT01111864.

Summary Breast milk has recently been recognized as source of commensal and potential probiotic bacteria. The present study investigated whether viable strains of gut‐associated obligate anaerobes are shared between the maternal and neonatal gut ecosystem via breastfeeding. Maternal faeces, breast milk and corresponding neonatal faeces collected from seven mothers‐neonate pairs at three neonatal sampling points were analyzed by culture‐independent (pyrosequencing) and culture‐dependent methods (16 S rRNA gene sequencing, pulsed field gel electrophoresis, random amplified polymorphic DNA and repetitive extragenic palindromic polymerase chain reaction. Pyrosequencing allowed identifying gut‐associated obligate anaerobic genera, like B ifidobacterium , B acteroides , P arabacteroides and members of the C lostridia ( B lautia , C lostridium , C ollinsella and V eillonella ) shared between maternal faeces, breast milk and neonatal faeces. Using culture, a viable strain of B ifidobacterium breve was shown to be shared between all three ecosystems within one mother–neonate pair. Furthermore, pyrosequencing revealed that several butyrate‐producing members of the C lostridia ( C oprococcus , F aecalibacterium , R oseburia and S ubdoligranulum ) were shared between maternal faeces and breast milk. This study shows that (viable) obligate gut‐associated anaerobes may be vertically transferred from mother to neonate via breastfeeding. Thus, our data support the recently suggested hypothesis of a novel way of mother–neonate communication, in which maternal gut bacteria reach breast milk via an entero‐mammary pathway to influence neonatal gut colonization and maturation of the immune system.

Iron is essential for the growth and virulence of many pathogenic enterobacteria, whereas beneficial barrier bacteria, such as lactobacilli, do not require iron. Thus, increasing colonic iron could select gut microbiota for humans that are unfavorable to the host.The objective was to determine the effect of iron fortification on gut microbiota and gut inflammation in African children.In a 6-mo, randomized, double-blind, controlled trial, 6-14-y-old Ivorian children (n = 139) received iron-fortified biscuits, which contained 20 mg Fe/d, 4 times/wk as electrolytic iron or nonfortifoed biscuits. We measured changes in hemoglobin concentrations, inflammation, iron status, helminths, diarrhea, fecal calprotectin concentrations, and microbiota diversity and composition (n = 60) and the prevalence of selected enteropathogens.At baseline, there were greater numbers of fecal enterobacteria than of lactobacilli and bifidobacteria (P < 0.02). Iron fortification was ineffective; there were no differences in iron status, anemia, or hookworm prevalence at 6 mo. The fecal microbiota was modified by iron fortification as shown by a significant increase in profile dissimilarity (P < 0.0001) in the iron group as compared with the control group. There was a significant increase in the number of enterobacteria (P < 0.005) and a decrease in lactobacilli (P < 0.0001) in the iron group after 6 mo. In the iron group, there was an increase in the mean fecal calprotectin concentration (P < 0.01), which is a marker of gut inflammation, that correlated with the increase in fecal enterobacteria (P < 0.05).Anemic African children carry an unfavorable ratio of fecal enterobacteria to bifidobacteria and lactobacilli, which is increased by iron fortification. Thus, iron fortification in this population produces a potentially more pathogenic gut microbiota profile, and this profile is associated with increased gut inflammation. This trial was registered at controlled-trials.com as ISRCTN21782274.

Abstract Background Dietary changes are suggested to play a role in the increasing prevalence of allergic diseases and asthma. Short‐chain fatty acids ( SCFA s) are metabolites present in certain foods and are produced by microbes in the gut following fermentation of fibers. SCFA s have been shown to have anti‐inflammatory properties in animal models. Our objective was to investigate the potential role of SCFA s in the prevention of allergy and asthma. Methods We analyzed SCFA levels by high‐performance liquid chromatography ( HPLC ) in fecal samples from 301 one‐year‐old children from a birth cohort and examined their association with early life exposures, especially diet, and allergy and asthma later in life. Data on exposures and allergic diseases were collected by questionnaires. In addition, we treated mice with SCFA s to examine their effect on allergic airway inflammation. Results Significant associations between the levels of SCFA s and the infant's diet were identified. Children with the highest levels of butyrate and propionate (≥95th percentile) in feces at the age of one year had significantly less atopic sensitization and were less likely to have asthma between 3 and 6 years. Children with the highest levels of butyrate were also less likely to have a reported diagnosis of food allergy or allergic rhinitis. Oral administration of SCFA s to mice significantly reduced the severity of allergic airway inflammation. Conclusion Our results suggest that strategies to increase SCFA levels could be a new dietary preventive option for allergic diseases in children.

Summary Background The role of the gut microbiota in patho‐physiology of irritable bowel syndrome ( IBS ) is suggested by several studies. However, standard cultural and molecular methods used to date have not revealed specific and consistent IBS ‐related groups of microbes. Aim To explore the constipated‐IBS (C‐IBS) gut microbiota using a function‐based approach. Methods The faecal microbiota from 14 C‐IBS women and 12 sex‐match healthy subjects were examined through a combined strictly anaerobic cultural evaluation of functional groups of microbes and fluorescent in situ hybridisation (16S rDNA gene targeting probes) to quantify main groups of bacteria. Starch fermentation by C‐IBS and healthy faecal samples was evaluated in vitro . Results In C‐ IBS , the numbers of lactate‐producing and lactate‐utilising bacteria and the number of H 2 ‐consuming populations, methanogens and reductive acetogens, were at least 10‐fold lower ( P < 0.05) compared with control subjects. Concomitantly, the number of lactate‐ and H 2 ‐utilising sulphate‐reducing population was 10 to 100 fold increased in C‐ IBS compared with healthy subjects. The butyrate‐producing Roseburia – E. rectale group was in lower number (0.01 < P < 0.05) in C‐ IBS than in control. C‐ IBS faecal microbiota produced more sulphides and H 2 and less butyrate from starch fermentation than healthy ones. Conclusions A major functional dysbiosis was observed in constipated‐irritable bowel syndrome gut microbiota, reflecting altered intestinal fermentation. Sulphate‐reducing population increased in the gut of C‐ IBS and were accompanied by alterations in other microbial groups. This could be responsible for changes in the metabolic output and enhancement in toxic sulphide production which could in turn influence gut physiology and contribute to IBS pathogenesis.

Initial neonatal gut colonisation is a crucial stage for developing a healthy physiology, beneficially influenced by breast-feeding. Breast milk has been shown not only to provide nutrients and bioactive/immunological compounds, but also commensal bacteria, including gut-associated anaerobic Bifidobacterium spp. The aim of the present study was to investigate bacterial diversity in breast milk, with emphasis on identifying gut-associated obligate anaerobes. Breast milk collected from seven mothers at three sampling points (days 3-6, 9-14 and 25-30 postpartum) was analysed by combined culture-dependent and state-of-the-art, culture-independent methods (Sanger sequencing and 454-pyrosequencing). In addition to the predominance of facultative anaerobes such as Staphylococcus, Streptococcus and Propionibacterium (>90% of isolated strains and 23·7% relative abundance using pyrosequencing), significant populations of obligate anaerobes, including Bifidobacterium and Veillonella, were detected using pyrosequencing and confirmed by the isolation of viable strains (3·4% of isolates and 1·4% relative abundance). Pyrosequencing also revealed the presence of DNA of multiple major gut-associated obligate anaerobes (6·2% relative abundance) such as Bacteroides and, for the first time, several members of the Clostridia, including butyrate producers, such as Faecalibacterium and Roseburia, which are important for colonic health. The present study suggests that breast milk may be a major source of bacterial diversity to the neonatal gut, including gut-associated obligate anaerobes, and may thus significantly influence gut colonisation and maturation of the immune system.

Abstract Elucidating the genomic architecture of quantitative traits is essential for our understanding of adaptation and for breeding in domesticated organisms. Penicillium roqueforti is the mold used worldwide for the blue cheese maturation, contributing to flavors through proteolytic and lipolytic activities. The two domesticated cheese populations display very little genetic diversity, but are differentiated and carry opposite mating types. We produced haploid F1 progenies from five crosses, using parents belonging to cheese and non-cheese populations. Analyses of high-quality genome assemblies of the parental strains revealed five large translocations, two having occurred via a circular intermediate. Offspring genotyping with genotype-by-sequencing (GBS) revealed several genomic regions with segregation distortion, possibly linked to degeneration in cheese lineages. We found transgressions for several traits relevant for cheese making, with offspring having more extreme trait values than parental strains. We identified quantitative trait loci (QTLs) for colony color, lipolysis, proteolysis, extrolite production, including mycotoxins, but not for growth rates. Some genomic regions appeared rich in QTLs for both lipid and protein metabolism, and other regions for the production of multiple extrolites, indicating that QTLs have pleiotropic impacts. Some QTLs corresponded to known biosynthetic gene clusters, e.g., for the production of melanin or extrolites. F1 hybrids constitute valuable strains for cheese producers, with new traits and genetic diversity, and allowed identifying target genomic regions for traits important in cheese making, paving the way for strain improvement. The findings further contribute to our understanding of the genetic mechanisms underlying rapid adaptation, revealing convergent adaptation targeting major regulators.

The study of food microorganism domestication can bring important insights on adaptation mechanisms and have industrial applications. The Penicillium roqueforti mold is divided into four main populations, with two populations domesticated for blue-cheese making and two populations thriving in other environments. While most blue cheeses worldwide are made with the same P. roqueforti clonal lineage, the emblematic Roquefort cheeses are inoculated with a specific population. To study the differences among P. roqueforti populations in the context of domestication for cheesemaking, we compared blue cheeses made with the four fungal populations following Roquefort-type production specifications. We found that the P. roqueforti populations had a minor impact on the cheese bacterial diversity and none on the main microorganism abundance. The cheese P. roqueforti populations produced cheeses with higher percentages of blue area and with different sets and higher quantities of desired volatile compounds. The Roquefort P. roqueforti population in particular produced higher quantities of positive aromatic compounds in cheeses, which was related due to its most efficient proteolysis and lipolysis, and also produced cheeses with lower water activity, thus restricting spoiler microorganisms. Our results show the strong influence of P. roqueforti populations on several important aspects of cheese safety, appearance and flavour. The typical appearance and flavours of blue cheeses are therefore the result of human selection on P. roqueforti , thus constituting domestication, and the two cheese populations have acquired specificities. This has important implications for our understanding of adaptation and domestication processes as well as for improving cheese production.

The increased recurrence of Candida albicans infections is associated with greater resistance to antifungal drugs. This involves the establishment of alternative therapeutic protocols such as the probiotic microorganisms whose antifungal potential has already been demonstrated using preclinical models (cell cultures, laboratory animals). Understanding the mechanisms of action of probiotic microorganisms has become a strategic need for the development of new therapeutics for humans. In this study, we investigated the prophylactic anti-Candida albicans properties of Lactobacillus rhamnosus Lcr35® using the in vitro Caco-2 cells model and the in vivo Caenorhabditis elegans model. On Caco-2 cells, we showed that the strain Lcr35® significantly inhibited the growth of the pathogen (~2 log CFU.mL-1) and its adhesion (150 to 6,300 times less). Moreover, on the top of having a pro-longevity activity in the nematode, Lcr35® protects the animal from the fungal infection even if the yeast is still detectable in its intestine. At the mechanistic level, we noticed the repression of genes of the p38 MAPK signaling pathway and genes involved in the antifungal response induced by Lcr35® suggesting that the pathogen no longer appears to be detected by the worm immune system. However, the DAF-16 / FOXO transcription factor, implicated in the longevity and antipathogenic response of C. elegans, is activated by Lcr35®. These results suggest that the probiotic strain acts by stimulating its host via DAF-16, but also by suppressing the virulence of the pathogen.

Reads assignment to taxonomic units is a key step in microbiome analysis pipelines. To date, accurate taxonomy annotation, particularly at species rank, is still challenging due to the short size of read sequences and differently curated classification databases. However, the close phylogenetic relationship between species encountered in dairy products requires accurate species annotation to achieve sufficient phylogenetic resolution for further downstream ecological studies or for food diagnostics. Taxonomy annotation in universal 16S databases with environmental sequences like Silva, RDP or Greengenes is based on predictions rather than on studies of type strains or isolates. We provide a manually curated database composed of 10'290 full-length 16S rRNA gene sequences from prokaryotes tailored for dairy products analysis (https://github.com/marcomeola/DAIRYdb). The performance of the DAIRYdb was compared with the universal databases Silva, LTP, RDP and Greengenes. The DAIRYdb significantly outperformed all other databases independently of the classification algorithm by enabling higher accurate taxonomy annotation down to the species rank. The DAIRYdb accurately annotates over 90% of the sequences of either single or paired hypervariable regions automatically. The manually curated DAIRYdb strongly improves taxonomic classification accuracy for microbiome studies in dairy environments. The DAIRYdb is a practical solution that enables automatization of this key step, thus facilitating the routine application of NGS microbiome analyses for microbial ecology studies and diagnostics in dairy products.