To study the effect of host genetics on gut microbiome composition, the MiBioGen consortium curated and analyzed genome-wide genotypes and 16S fecal microbiome data from 18,340 individuals (24 cohorts). Microbial composition showed high variability across cohorts: only 9 of 410 genera were detected in more than 95% of samples. A genome-wide association study of host genetic variation regarding microbial taxa identified 31 loci affecting the microbiome at a genome-wide significant (P < 5 × 10−8) threshold. One locus, the lactase (LCT) gene locus, reached study-wide significance (genome-wide association study signal: P = 1.28 × 10−20), and it showed an age-dependent association with Bifidobacterium abundance. Other associations were suggestive (1.95 × 10−10 < P < 5 × 10−8) but enriched for taxa showing high heritability and for genes expressed in the intestine and brain. A phenome-wide association study and Mendelian randomization identified enrichment of microbiome trait loci in the metabolic, nutrition and environment domains and suggested the microbiome might have causal effects in ulcerative colitis and rheumatoid arthritis. Analysis of human genotypes and 16S microbiome data of 18,473 individuals from 25 cohorts through a genome-wide association study, a phenome-wide association study and Mendelian randomization identifies host genetic and microbial trait associations.

Alcoholic liver disease (ALD) is a leading cause of liver failure and mortality. In humans, severe alcoholic hepatitis is associated with key changes to intestinal microbiota (IM), which influences individual sensitivity to develop advanced ALD. We used the different susceptibility to ALD observed in two distinct animal facilities to test the efficiency of two complementary strategies (fecal microbiota transplantation and prebiotic treatment) to reverse dysbiosis and prevent ALD.Mice were fed alcohol in two distinct animal facilities with a Lieber DeCarli diet. Fecal microbiota transplantation was performed with fresh feces from alcohol-resistant donor mice to alcohol-sensitive receiver mice three times a week. Another group of mice received pectin during the entire alcohol consumption period.Ethanol induced steatosis and liver inflammation, which were associated with disruption of gut homeostasis, in alcohol-sensitive, but not alcohol resistant mice. IM analysis showed that the proportion of Bacteroides was specifically lower in alcohol-sensitive mice (p<0.05). Principal coordinate analysis showed that the IM of sensitive and resistant mice clustered differently. We targeted IM using two different strategies to prevent alcohol-induced liver lesions: (1) pectin treatment which induced major modifications of the IM, (2) fecal microbiota transplantation which resulted in an IM very close to that of resistant donor mice in the sensitive recipient mice. Both methods prevented steatosis, liver inflammation, and restored gut homeostasis.Manipulation of IM can prevent alcohol-induced liver injury. The IM should be considered as a new therapeutic target in ALD.Sensitivity to alcoholic liver disease (ALD) is driven by intestinal microbiota in alcohol fed mice. Treatment of mice with alcohol-induced liver lesions by fecal transplant from alcohol fed mice resistant to ALD or with prebiotic (pectin) prevents ALD. These findings open new possibilities for treatment of human ALD through intestinal microbiota manipulation.

Abstract To study the effect of host genetics on gut microbiome composition, the MiBioGen consortium curated and analyzed genome-wide genotypes and 16S fecal microbiome data from 18,340 individuals (24 cohorts). Microbial composition showed high variability across cohorts: only 9 out of 410 genera were detected in more than 95% samples. A genome-wide association study (GWAS) of host genetic variation in relation to microbial taxa identified 31 loci affecting microbiome at a genome-wide significant (P<5×10 −8 ) threshold. One locus, the lactase ( LCT ) gene locus, reached study-wide significance (GWAS signal P=1.28×10 −20 ), and it showed an age-dependent association with Bifidobacterium abundance. Other associations were suggestive (1.95×10 −10 <P<5×10 −8 ) but enriched for taxa showing high heritability and for genes expressed in the intestine and brain. A phenome-wide association study and Mendelian randomization identified enrichment of microbiome trait loci in the metabolic, nutrition and environment domains and suggested the microbiome has causal effects in ulcerative colitis and rheumatoid arthritis.

Abstract Background and Aims Better biomarkers for prediction of ulcerative colitis (UC) development and prognostication are needed. Anti-integrin αvβ6 autoantibodies (anti-αvβ6) have been described in UC patients. Here, we tested for the presence of anti-αvβ6 antibodies in the pre-clinical phase of UC and studied their association with disease-related outcomes after diagnosis. Methods Anti-αvβ6 were measured in 4 longitudinal serum samples collected from 82 subjects who later developed UC and 82 matched controls from a Department of Defense pre-clinical cohort (PREDICTS). In a distinct, external validation cohort (GEM), we tested 12 pre-UC subjects and 49 matched controls. Further, anti-αvβ6 were measured in 2 incident UC cohorts (COMPASS n=55 and OSCCAR n=104) and associations between anti-αvβ6 and UC-related outcomes were defined using Cox proportional-hazards model. Results Anti-αvβ6 were significantly higher among individuals who developed UC compared to controls up to 10 years before diagnosis in PREDICTS. The anti-αvβ6 seropositivity was 12.2% 10 years before diagnosis and increased to 52.4% at the time of diagnosis in subjects who developed UC compared with 2.7% in controls across the 4 timepoints. Anti-αvβ6 predicted UC development with an AUC of at least 0.8 up to 10 years before diagnosis. The presence of anti-αvβ6 in pre-clinical UC samples was validated in the GEM cohort. Finally, high anti-αvβ6 was associated with a composite of adverse UC-outcomes including hospitalization, disease extension, colectomy, systemic steroid use and/or escalation to biologic therapy in recently diagnosed UC. Conclusion Anti-integrin αvβ6 auto-antibodies precede the clinical diagnosis of UC by up to 10 years and are associated with adverse UC-related outcomes.

Unaffected first-degree relatives (FDRs) from families with two or more affected FDRs with Crohn's disease (CD, multiplex families) have a high risk of developing CD, although the underlying mechanisms driving this risk are poorly understood. We aimed to identify differences in biomarkers between FDRs from multiplex versus simplex families and to investigate the risk of future CD onset accounting for potential confounders.

Background and aims Investigating the tissue-associated microbiota after surgically induced remission may help to understand the mechanisms initiating intestinal inflammation in Crohn's disease. Methods Crohn's disease patients undergoing ileocolic resection were prospectively recruited in six academic centers. Biopsy samples from the neoterminal ileum, colon and rectosigmoid were obtained from colonoscopies performed after surgery. Microbial DNA was extracted for 16S rRNA gene sequencing. Microbial diversity and taxonomic differential relative abundance were analyzed. A random forest model was applied to analyze the performance of clinical and microbial features to predict recurrence. A Rutgeerts score ≥i2 was deemed as endoscopic recurrence. Results A total of 349 postoperative colonoscopies and 944 biopsy samples from 262 Crohn's disease patients were analyzed. Ileal inflammation accounted for most of the explained variance of the ileal and colonic mucosa-associated microbiota. Samples obtained from 97 patients who were in surgically induced remission at first postoperative colonoscopy who went on to develop endoscopic recurrence at second colonoscopy showed lower diversity and microbial deviations when compared to patients who remained in endoscopic remission. Depletion of genus Anaerostipes and increase of several genera from class Gammaproteobacteria at the three biopsy sites increase the risk of further recurrence. Gut microbiome was able to predict future recurrence better than clinical features. Conclusion Ileal and colonic mucosa-associated microbiome deviations precede development of new onset ileal inflammation after surgically induced remission and show good predictive performance for future recurrence. These findings suggest that targeted microbial modulation is a plausible modality to prevent postoperative Crohn's disease recurrence.

Abstract Background Primary sclerosing cholangitis associated with inflammatory bowel disease (IBD-PSC) carries significant morbidity compared to IBD without PSC. Alterations in microbial composition and bile acid (BA) profiles have been shown to modulate chronic inflammation in IBD, but data in IBD-PSC is scarce. We aimed to assess the differences in gut microbiome composition as well as in the BA profile and BA-related microbial functions between IBD-PSC and IBD-only. Methods 54 IBD-PSC and 62 IBD-only subjects were enrolled from 2012 to 2021. Baseline samples were collected for fecal DNA shotgun metagenomic sequencing, fecal and serum BA quantitation using mass spectrometry and fecal calprotectin. Liver fibrosis measured by transient elastography (TE) was assessed in the IBD-PSC group. Data was analyzed using general linear regression models and Spearman rank correlation tests. Results Patients with IBD-PSC had reduced microbial gene richness (p=0.004) and significant compositional shifts (PERMANOVA: R2=0.01, p=0.03) compared to IBD-only. IBD-PSC was associated with altered microbial composition and function, including decreased abundance of Blautia obeum, increased abundance of Veillonella atypica, Veillonella dispar and Clostridium scindens (q&lt;0.05 for all), and increased abundance of microbial genes involved in secondary BA metabolism. Decreased serum sulfated and increased serum conjugated secondary BA were associated with IBD-PSC and increased liver fibrosis. Conclusion We identified differences in microbial species, functional capacity and serum BA profiles in IBD-PSC compared with IBD-only. Our findings provide insight into the pathophysiology of IBD associated with PSC and suggest possible targets for modulating the risk and course of IBD in subjects with PSC.

Abstract Faecal microbiota plays a critical role in human health, but its relationship with nutritional status among schoolchildren remains under-explored. Here, in a double-blinded cluster-randomized controlled trial on 380 Cambodian schoolchildren, we characterize the impact of six months consumption of two types of rice fortified with different levels of vitamins and minerals on pre-specified outcomes. We investigate the association between the faecal microbiota (16SrRNA sequencing) and age, sex, nutritional status (underweight, stunting), micronutrient status (iron, zinc and vitamin A deficiencies, anaemia, iron deficient anaemia, hemoglobinopathy), inflammation (systemic, gut), and parasitic infection. We show that the faecal microbiota is characterised by a surprisingly high proportion of Lactobacillaceae . We discover that deficiencies in specific micronutrients, such as iron and vitamin A, correlate with particular microbiota profiles, whereas zinc deficiency shows no such association. The nutritional intervention with the two rice treatments impacts both the composition and functions predicted from compositional analysis in different ways. (ClinicalTrials.gov (Identifier: NCT01706419))