ABSTRACT As our understanding of the structure and diversity of the microbial world grows, interpreting its function is of critical interest for understanding and managing the many systems microbes influence. Despite advances in sequencing, lack of standardization challenges comparisons among studies that could provide insight into the structure and function of microbial communities across multiple habitats on a planetary scale. Technical variation among distinct studies without proper standardization of approaches prevents robust meta-analysis. Here, we present a multi-omics, meta-analysis of a novel, diverse set of microbial community samples collected for the Earth Microbiome Project. We include amplicon (16S, 18S, ITS) and shotgun metagenomic sequence data, and untargeted metabolomics data (liquid chromatography-tandem mass spectrometry and gas chromatography mass spectrometry), centering our description on relationships and co-occurrences of microbially-related metabolites and microbial taxa across environments. Standardized protocols and analytical methods for characterizing microbial communities, including assessment of molecular diversity using untargeted metabolomics, facilitate identification of shared microbial and metabolite features, permitting us to explore diversity at extraordinary scale. In addition to a reference database for metagenomic and metabolomic data, we provide a framework for incorporating additional studies, enabling the expansion of existing knowledge in the form of a community resource that will become more valuable with time. To provide examples of applying this database, we outline important ecological questions that can be addressed, and test the hypotheses that every microbe and metabolite is everywhere, but the environment selects. Our results show that metabolite diversity exhibits turnover and nestedness related to both microbial communities and the environment. The relative abundances of microbially-related metabolites vary and co-occur with specific microbial consortia in a habitat-specific manner, and highlight the power of certain chemistry – in particular terpenoids – in distinguishing Earth’s environments.

One goal among microbial ecology researchers is to capture the maximum amount of information from all organisms in a sample. The recent COVID-19 pandemic, caused by the RNA virus SARS-CoV-2, has highlighted a gap in traditional DNA-based protocols, including the high-throughput methods we previously established as field standards. To enable simultaneous SARS-CoV-2 and microbial community profiling, we compare the relative performance of two total nucleic acid extraction protocols and our previously benchmarked protocol. We included a diverse panel of environmental and host-associated sample types, including body sites commonly swabbed for COVID-19 testing. Here we present results comparing the cost, processing time, DNA and RNA yield, microbial community composition, limit of detection, and well-to-well contamination, between these protocols.Raw sequence data were deposited at the European Nucleotide Archive (accession#: ERP124610) and raw and processed data are available at Qiita (Study ID: 12201). All processing and analysis code is available on GitHub ( github.com/justinshaffer/Extraction_test_MagMAX ).To allow for downstream applications involving RNA-based organisms such as SARS-CoV-2, we compared the two extraction protocols designed to extract DNA and RNA against our previously established protocol for extracting only DNA for microbial community analyses. Across 10 diverse sample types, one of the two protocols was equivalent or better than our established DNA-based protocol. Our conclusion is based on per-sample comparisons of DNA and RNA yield, the number of quality sequences generated, microbial community alpha- and beta-diversity and taxonomic composition, the limit of detection, and extent of well-to-well contamination.

Accurate, high-resolution environmental monitoring of SARS-CoV-2 traces indoors through sentinel cards is a promising approach to help students safely return to in-person learning. Because SARS-CoV-2 RNA can persist for up to a week on several indoor surface types, there is a need for increased temporal resolution to determine whether consecutive surface positives arise from new infection events or continue to report past events. Cleaning sentinel cards after sampling would provide the needed resolution, but might interfere with assay performance. We tested the effect of three cleaning solutions (BZK wipes, wet wipes, RNase Away) at three different viral loads: "high" (4 x 10 4 GE/mL), "medium" (1 x 10 4 GE/mL), and "low" (2.5 x 10 3 GE/mL). RNAse Away, chosen as a positive control, was the most effective cleaning solution on all three viral loads. Wet wipes were found to be more effective than BZK wipes in the medium viral load condition. The low viral load condition was easily reset with all three cleaning solutions. These findings will enable temporal SARS-CoV-2 monitoring in indoor environments where transmission risk of the virus is high and the need to avoid individual-level sampling for privacy or compliance reasons exists.