ABSTRACT Aging is associated with low-grade inflammation that increases the risk of infection and disease, yet the underlying mechanisms remain unclear. Gut microbiota composition shifts with age, harboring microbes with varied immunogenic capacities. We hypothesized the gut microbiota acts as an active driver of low-grade inflammation during aging. Microbiome patterns in aged mice strongly associated with signs of bacterial-induced barrier disruption and immune infiltration, including marked increased levels of circulating lipopolysaccharide (LPS)-binding protein (LBP) and colonic calprotectin. Ex vivo immunogenicity assays revealed that both colonic contents and mucosa of aged mice harbored increased capacity to activate toll-like receptor 4 (TLR4) whereas TLR5 signaling was unchanged. We found patterns of elevated innate inflammatory signaling (colonic Il6, Tnf, Tlr4 ) and endotoxemia (circulating LBP) in young germ-free mice after 4 weeks of colonization with intestinal contents from aged mice compared with young counterparts, thus providing a direct link between aging-induced shifts in microbiota immunogenicity and host inflammation. Additionally, we discovered that the gut microbiota of aged mice exhibited unique responses to a broad-spectrum antibiotic challenge (Abx), with sustained elevation in Escherichia (Proteobacteria ) and altered TLR5 immunogenicity 7 days post-Abx cessation. Together, these data indicate that old age results in a gut microbiota that differentially acts on TLR signaling pathways of the innate immune system. We found that these age-associated microbiota immunogenic signatures are less resilient to challenge and strongly linked to host inflammatory status. Gut microbiota immunogenic signatures should be thus considered as critical factors in mediating chronic inflammatory diseases disproportionally impacting older populations.

Abstract Ingestion of fermented foods impacts human immune function, yet the bioactive food components underlying these effects are not understood. Here, we interrogated whether fermented food bioactivity could be traced to a class of microbial metabolites derived from aromatic amino acids (ArAA), termed aryl-lactates. Using targeted metabolomics, we established that the aryl-lactates phenyllactic acid (PLA), 4-hydroxyphenyllactic acid (4-HPLA), and indole-3-lactic acid (ILA), are present in varying concentrations across a wide range of commercially available fermented foods, including many vegetable and dairy ferments. After pinpointing fermented food-associated lactic acid bacteria (LAB) that produce high levels of aryl-lactates (e.g., Lactiplantibacillus plantarum ), we utilized our knowledge of LAB metabolism to identify fermentation conditions (added cultures [e.g., L. plantarum ] and metabolic co-factors [e.g., aryl-pyruvates]) to increase aryl-lactate production in food matrices up to 5×10 3 fold vs. standard fermentation conditions. Next, using ex vivo reporter assays, we found that a variety of food matrix conditions optimized for aryl-lactate production exhibited enhanced agonist activity for the human aryl-hydrocarbon receptor (AhR) as compared to standard fermentation conditions and/or commercial brands. Moreover, we determined that strategies to enhance aryl-lactates effectively maintained food matrix AhR bioactivity across 4 weeks of storage. Reduced microbial-induced AhR activity has emerged as a hallmark of many chronic inflammatory diseases, thus we envision strategies to enhance microbially produced aryl-lactates and thus AhR bioactivity of fermented foods can be leveraged to improve human health.