The metabolic pathways encoded by the human gut microbiome constantly interact with host gene products through numerous bioactive molecules1. Primary bile acids (BAs) are synthesized within hepatocytes and released into the duodenum to facilitate absorption of lipids or fat-soluble vitamins2. Some BAs (approximately 5%) escape into the colon, where gut commensal bacteria convert them into various intestinal BAs2 that are important hormones that regulate host cholesterol metabolism and energy balance via several nuclear receptors and/or G-protein-coupled receptors3,4. These receptors have pivotal roles in shaping host innate immune responses1,5. However, the effect of this host–microorganism biliary network on the adaptive immune system remains poorly characterized. Here we report that both dietary and microbial factors influence the composition of the gut BA pool and modulate an important population of colonic FOXP3+ regulatory T (Treg) cells expressing the transcription factor RORγ. Genetic abolition of BA metabolic pathways in individual gut symbionts significantly decreases this Treg cell population. Restoration of the intestinal BA pool increases colonic RORγ+ Treg cell counts and ameliorates host susceptibility to inflammatory colitis via BA nuclear receptors. Thus, a pan-genomic biliary network interaction between hosts and their bacterial symbionts can control host immunological homeostasis via the resulting metabolites. Both dietary and microbial factors influence the composition of the gut bile acid pool, which in turn modulates the frequencies and functionalities of RORγ-expressing colonic FOXP3+ regulatory T cells, contributing to protection from inflammatory colitis.

In this work, combining both advantages of potassium‐ion batteries and dual‐ion batteries, a novel potassium‐ion‐based dual‐ion battery (named as K‐DIB) system is developed based on a potassium‐ion electrolyte, using metal foil (Sn, Pb, K, or Na) as anode and expanded graphite as cathode. When using Sn foil as the anode, the K‐DIB presents a high reversible capacity of 66 mAh g −1 at a current density of 50 mA g −1 over the voltage window of 3.0–5.0 V, and exhibits excellent long‐term cycling performance with 93% capacity retention for 300 cycles. Moreover, as the Sn foil simultaneously acts as the anode material and the current collector, dead load and dead volume of the battery can be greatly reduced, thus the energy density of the K‐DIB is further improved. It delivers a high energy density of 155 Wh kg −1 at a power density of 116 W kg −1 , which is comparable with commercial lithium‐ion batteries. Thus, with the advantages of environmentally friendly, cost effective, and high energy density, this K‐DIB shows attractive potential for future energy storage application.

Canonically, the complement system is known for its rapid response to remove microbes in the bloodstream. However, relatively little is known about a functioning complement system on intestinal mucosal surfaces. Herein, we report the local synthesis of complement component 3 (C3) in the gut, primarily by stromal cells. C3 is expressed upon commensal colonization and is regulated by the composition of the microbiota in healthy humans and mice, leading to an individual host's specific luminal C3 levels. The absence of membrane attack complex (MAC) components in the gut ensures that C3 deposition does not result in the lysis of commensals. Pathogen infection triggers the immune system to recruit neutrophils to the infection site for pathogen clearance. Basal C3 levels directly correlate with protection against enteric infection. Our study reveals the gut complement system as an innate immune mechanism acting as a vigilant sentinel that combats pathogens and spares commensals.

Abstract Commensal bacteria of the Bacteroidetes phylum are the primary producers of sphingolipids in the gut lumen. These lipids serve dual roles as bacterial virulence factors and regulators of the host mucosal immune system, including regulatory T cells and invariant natural killer T cells (iNKT). Sphingolipid composition is significantly altered in fecal samples of patients with inflammatory bowel disease (IBD). However, the specific mechanisms by which bacterial sphingolipids modulate mucosal homeostasis and regulate intestinal inflammation remain unclear. In this study, we investigated the impact of bacterial sphingolipids on intestinal inflammation by mono-colonizing mice with Bacteroides fragilis strains that either express or lack sphingolipids during DSS-induced colitis. We discovered that B. fragilis sphingolipids exacerbate intestinal inflammation. Mice mono-colonized with B. fragilis lacking sphingolipids exhibited less severe DSS-induced colitis. This amelioration of colitis was associated with increased production of interleukin-22 (IL-22) by innate lymphoid cell type 3 (ILC3). Consistent with the inhibitory effect of sphingolipids on IL-22 production, mice colonized with B. fragilis lacking sphingolipids showed enhanced epithelial STAT3 activity, intestinal cell proliferation, and antimicrobial peptide production following DSS treatment compared to those colonized with B. fragilis producing sphingolipids. Additionally, colitis severity in mice colonized with B. fragilis lacking sphingolipids was exacerbated upon IL-22 blockade. Furthermore, our study reveals that bacterial sphingolipids restrict epithelial IL-18 production following DSS treatment and interfere with IL-22 production by a subset of ILC3 cells expressing both the interleukin-18 receptor (IL-18R) and major histocompatibility complex class II (MHC II). These findings indicate that B. fragilis -derived sphingolipids exacerbate mucosal inflammation by impeding epithelial IL-18 expression, resulting in compromised production of IL-22 by ILC3 cells. Highlights B. fragilis -derived sphingolipids exacerbate DSS-induced colitis in mono-colonized C57BL/6 mice. B. fragilis -derived sphingolipids constrain ILC3-derived IL-22, leading to reduced colonic epithelial cell proliferation and compromised barrier function. B. fragilis -derived sphingolipids restrict epithelial NLRC4 inflammasome activation and IL-18 secretion. B. fragilis -derived sphingolipids modulate IL-22 production by IL18R + MHC II + ILC3s.

Abstract Canonically, complement is a serum-based host defense system that protects against systemic microbial invasion. Little is known about the production and function of complement components on mucosal surfaces. Here we show gut complement component 3 (C3), central to complement function, is regulated by the composition of the microbiota in healthy humans and mice, leading to host-specific gut C3 levels. Stromal cells in intestinal lymphoid follicles (LFs) are the predominant source of intestinal C3. During enteric infection with Citrobacter rodentium or enterohemorrhagic Escherichia coli, luminal C3 levels increase significantly and are required for protection. C. rodentium is remarkably more invasive to the gut epithelium of C3-deficient mice than of wild-type mice. In the gut, C3-mediated phagocytosis of C. rodentium functions to clear pathogens. Our study reveals that variations in gut microbiota determine individuals’ intestinal mucosal C3 levels, dominantly produced by LF stromal cells, which directly correlate with protection against enteric infection. Highlights Gut complement component 3 (C3) is induced by the microbiome in healthy humans and mice at a microbiota-specific level. Gut stromal cells located in intestinal lymphoid follicles are a major source of luminal C3 During enteric infections with Citrobacter rodentium or enterohemorrhagic Escherichia coli, gut luminal C3 levels increase and are required for protection. C. rodentium is significantly more invasive of the gut epithelium in C3-deficient mice when compared to WT mice. In the gut, C3-mediated opsonophagocytosis of C. rodentium functions to clear pathogens.