The microbiota and the gastrointestinal mucus layer play a pivotal role in protection against non-typhoidal Salmonella enterica serovar Typhimurium (S. Tm) colitis. Here, we analyzed the course of Salmonella colitis in mice lacking a functional mucus layer in the gut. Unexpectedly, in contrast to mucus-proficient littermates, genetically deficient mice were protected against Salmonella-induced gut inflammation in the streptomycin colitis model. This correlated with microbiota alterations and enrichment of the bacterial phylum Deferribacteres. Using gnotobiotic mice associated with defined bacterial consortia, we causally linked Mucispirillum schaedleri, currently the sole known representative of Deferribacteres present in the mammalian microbiota, to host protection against S. Tm colitis. Inhibition by M. schaedleri involves interference with S. Tm invasion gene expression, partly by competing for anaerobic electron acceptors. In conclusion, this study establishes M. schaedleri, a core member of the murine gut microbiota, as a key antagonist of S. Tm virulence in the gut.

Abstract Taurine-respiring gut bacteria produce H 2 S with ambivalent impact on host health. We report the isolation and genomic-ecophysiological characterization of the first taurine-respiring mouse gut bacterium. Taurinivorans muris represents a new widespread species with protective capacity against pathogens and differs from the human gut sulfidogen Bilophila wadsworthia in its sulfur metabolism and host distribution. Despite alternative physiologies, taurine respiration was the main in vivo lifestyle of T. muris independent of mouse diet and genotype. In gnotobiotic mice, T. muris selectively enhanced the activity of a sulfur metabolism gene-encoding prophage and provided slightly increased colonization resistance against Salmonella Typhimurium, which showed reduced expression of galactonate catabolism genes. We identified T. muris as the dominant sulfidogen of a mouse microbiota that conferred H 2 S-mediated protection against Klebsiella pneumoniae in a previous study. Together, we revealed the realized physiological niche of a key murine gut sulfidogen and its impact on pathogen and phage gene expression. One sentence summary Our work identified and characterized a new core member of the murine gut microbiota, revealed sulfidogenic taurine respiration as its predominant in vivo lifestyle, and emphasizes its protective function in pathogen colonization.

Microbiome research is hampered by the fact that many bacteria are still unknown and by the lack of publicly available isolates. Fundamental and clinical research is in need of comprehensive and well-curated repositories of cultured bacteria from the intestine of mammalian hosts. In this work, we expanded the mouse intestinal bacterial collection ( www.dsmz.de/miBC ) to 212 strains, all publicly available and taxonomically described. This includes the study of strain-level diversity, small-sized bacteria, and the isolation and characterization of the first cultured members of one novel family, 10 novel genera, and 39 novel species. We demonstrate the value of this collection by performing two studies. First, metagenome-educated design allowed establishing custom synthetic communities (SYNs) that reflect different susceptibilities to DSS-induced colitis. Second, nine phylogenetically and functionally diverse species were used to amend the Oligo-Mouse Microbiota (OMM)12 model [Brugiroux et al. 2016 Nat Microbiol]. These strains compensated for differences observed between gnotobiotic OMM12 and specific pathogen-free (SPF) mice at multiple levels, including body composition and immune cell populations ( e . g ., T-cell subtypes) in the intestine and associated lymphoid tissues. Ready-to-use OMM stocks are available to the community for use in future studies. In conclusion, this work improves our knowledge of gut microbiota diversity in mice and enables functional studies via the modular use of isolates.

Bacteria and their viruses, bacteriophages (phages), are the most abundant components of the mammalian gut microbiota where these two entities coexist over time. The ecological dynamics underlying the coexistence between these two antagonistic populations in the gut are unknown. We challenged a murine synthetic bacterial community with a set of virulent phages, to study the factors allowing phages-bacteria coexistence in the gut. We found that coexistence was neither dependent on an arms race between bacteria and phages, nor on the ability of phages to extend host range. Instead, our data suggest that some phage-inaccessible sites in the mucosa of the ileum serve as a spatial refuge for bacteria, which from there disseminate in the gut lumen. Luminal phages amplify by infecting luminal bacteria maintaining phage throughout the gut. We conclude that the heterogeneous distribution of microbes in the gut contributes to the long-term coexistence of phages with phage-susceptible bacteria. This observation could explain the persistence in the human gut of intestinal phages, such as the crAssphage, as well as the low efficiency of oral phage therapy against enteric pathogens in animal models and clinical trials.

Abstract Inflammation has a pronounced impact on the intestinal ecosystem by driving an expansion of facultative anaerobic bacteria at the cost of obligate anaerobic microbiota. This pathogen “blooming” is also a hallmark of enteric Salmonella enterica serovar Typhimurium ( S . Tm) infection. Here, we analyzed the contribution of bacterial and host factors to S . Tm “blooming” in a gnotobiotic mouse model for S. Tm-induced enterocolitis. Mice colonized with the Oligo-Mouse-Microbiota (OMM 12 ), a minimal bacterial community, develop fulminant colitis by day 4 after oral infection with wild type S . Tm but not with an avirulent mutant. Inflammation leads to pronounced reduction in overall intestinal bacterial loads, distinct microbial community shifts and pathogen blooming (relative abundance >50%). S. Tm mutants attenuated in inducing gut inflammation generally elicit less pronounced microbiota shifts and reduction in total bacterial loads. In contrast, S. Tm mutants in nitrate respiration, salmochelin production and ethanolamine utilization induced strong inflammation and S . Tm “blooming”. Therefore, individual Salmonella -specific inflammation-fitness factors seem to be of minor importance for competition against this minimal microbiota in the inflamed gut. Finally, we show that antibody-mediated neutrophil depletion normalized gut microbiota loads but not intestinal inflammation or microbiota shifts. This suggests that neutrophils equally reduce pathogen and commensal bacterial loads in the inflamed gut.