Abstract Oral and fecal microbial biomarkers have previously been associated with cardiometabolic (CM) risk, however, no comprehensive attempt has been made to explore this association in minority populations or across different geographic regions. We characterized gut- and oral-associated microbiota and CM risk in 655 participants of African-origin, aged 25-45, from Ghana, South Africa, Jamaica, and the United States (US). CM risk was classified using the CM risk cut-points for elevated waist circumference, elevated blood pressure and elevated fasted blood glucose, low high-density lipoprotein (HDL), and elevated triglycerides. Gut-associated bacterial alpha diversity negatively correlated with elevated blood pressure and elevated fasted blood glucose. Similarly, gut bacterial beta diversity was also significantly differentiated by waist circumference, blood pressure, triglyceridemia and HDL-cholesterolemia. Notably, differences in inter- and intra-personal gut microbial diversity were geographic-region specific. Participants meeting the cut-points for 3 out of the 5 CM risk factors were significantly more enriched with Lachnospiraceae, and were significantly depleted of Clostridiaceae, Peptostreptococcaceae, and Prevotella . The predicted relative proportions of the genes involved in the pathways for lipopolysaccharides (LPS) and butyrate synthesis were also significantly differentiated by the CM risk phenotype, whereby genes involved in the butyrate synthesis via lysine, glutarate and 4-aminobutyrate/succinate pathways and LPS synthesis pathway were enriched in participants with greater CM risk. Furthermore, inter-individual oral microbiota diversity was also significantly associated with the CM risk factors, and oral-associated Streptococcus, Prevotella , and Veillonella were enriched in participants with 3 out of the 5 CM risk factors. We demonstrate that in a diverse cohort of African-origin adults, CM risk is significantly associated with reduced microbial diversity, and the enrichment of specific bacterial taxa and predicted functional traits in both gut and oral environments. As well as providing new insights into the associations between the gut and oral microbiota and CM risk, this study also highlights the potential for novel therapeutic discoveries which target the oral and gut microbiota in CM risk.

Abstract The relationship between the gut microbiota, short chain fatty acid (SCFA) metabolism, and obesity remains unclear due to conflicting reports from studies with limited statistical power. Additionally, this association has rarely been explored in large scale diverse populations. Here, we investigated associations between fecal microbial composition, predicted metabolic potential, SCFA concentrations, and obesity in a large ( N = 1,934) adult cohort of African-origin spanning the epidemiologic transition, from Ghana, South Africa, Jamaica, Seychelles, and the United States (US). The greatest gut microbiota diversity and total fecal SCFA concentration was found in the Ghanaian population, while the lowest levels were found in the US population, respectively representing the lowest and the highest end of the epidemiologic transition spectrum. Country-specific bacterial taxa and predicted-functional pathways were observed, including an increased prevalence of Prevotella , Butyrivibrio , Weisella and Romboutsia in Ghana and South Africa, while Bacteroides and Parabacteroides were enriched in Jamaican and the US populations. Importantly, ’VANISH’ taxa, including Butyricicoccus and Succinivibrio , were significantly enriched in the Ghanaian cohort, reflecting the participants’ traditional lifestyles. Obesity was significantly associated with lower SCFA concentrations, a decrease in microbial richness, and dissimilarities in community composition, and reduction in the proportion of SCFA synthesizing bacteria including Oscillospira , Christensenella , Eubacterium , Alistipes , Clostridium and Odoribacter . Further, the predicted proportions of genes in the lipopolysaccharide (LPS) synthesis pathway were enriched in obese individuals, while genes associated with butyrate synthesis via the dominant pyruvate pathway were significantly reduced in obese individuals. Using machine learning, we identified features predictive of metabolic state and country of origin. Country of origin could accurately be predicted by the fecal microbiota (AUC = 0.97), whereas obesity could not be predicted as accurately (AUC = 0.65). Participant sex (AUC = 0.75), diabetes status (AUC = 0.63), hypertensive status (AUC = 0.65), and glucose status (AUC = 0.66) could all be predicted with different success. Interestingly, within country, the predictive accuracy of the microbiota for obesity was inversely correlated to the epidemiological transition, being greatest in Ghana (AUC = 0.57). Collectively, our findings reveal profound variation in the gut microbiota, inferred functional pathways, and SCFA synthesis as a function of country of origin. While obesity could be predicted accurately from the microbiota, the variation in accuracy in parallel with the epidemiological transition suggests that differences in the microbiota between obesity and non-obesity may be larger in low-to-middle countries compared to high-income countries. Further examination of independent study populations using multi-omic approaches will be necessary to determine the factors that drive this association.