Abstract The gut viral community has been linked to human physiology and health, but our knowledge of its genetic and functional contents and disease dependence is far from complete. Here, we collected 11,327 bulk or viral metagenomes from fecal samples from large-scale Chinese populations to establish a Chinese gut virus catalogue (cnGVC) comprising 67,096 nonredundant viral genomes. This catalogue included ∼70% of novel viruses that are not represented in existing gut viral databases, and allowed us to characterize the functional diversity and specificity of the gut virome. Using cnGVC, we 1) profiled the gut virome in large-scale populations and evaluated their sex- and age-related variations, 2) investigated the diversity and compositional patterns of the gut virome across common diseases by analyzing 6,314 bulk metagenomes spanning 28 disease or unhealthy statuses, and 3) identified a large number of universal viral signatures of diseases and validated their predictive ability for health status. Overall, our resources and results would contribute to the grand effort of expanding the knowledge of the human gut virome and addressing a full picture of the associations between viruses and common diseases.

Abstract Background Rheumatoid arthritis (RA) has been considered to be influenced by bacteria from the oral cavity and gut for many years. Despite potential impact of viruses in RA was mentioned in some studies, specific roles of oral and gut viromes in RA is still unclear. Results In this study, we observed the viral community variation in the oral and gut samples, performed a comparative analysis of oral and gut viromes in health controls, untreated and treated RA patients, and constructed interaction networks among viruses, bacteria, and RA-associated clinical indexes to address the potential associations between viral community and RA. The results showed that the viromes could be isolated from dental plaque, saliva, and feces samples, among which the saliva having the highest with in-sample diversity. Meanwhile, remarkable variations of viral diversity and composition in the oral (i.e., dental plaque and saliva) virome could be observed in RA patients and healthy controls yet in untreated and treated RA patients, with a relatively low variability in the gut virome. Distraction of viruses-bacteria interaction network was discovered in three sites of RA patients. In addition, some RA-associated oral taxa, including Lactococcus phage vOTU70, Bacteroides vulgatus, Lactococcus lactis, Escherichia coli, Neisseria elongate , were correlated to the RA-related clinical indexes. Conclusion Whole-virome analysis illustrated the potential role of oral and gut viral communities in the development of RA.

Abstract The human vagina harbours diverse microorganisms—bacteria, viruses and fungi—with profound implications for women’s health. Genome-level analysis of the vaginal microbiome across multiple kingdoms remains limited. Here we utilize metagenomic sequencing data and fungal cultivation to establish the Vaginal Microbial Genome Collection (VMGC), comprising 33,804 microbial genomes spanning 786 prokaryotic species, 11 fungal species and 4,263 viral operational taxonomic units. Notably, over 25% of prokaryotic species and 85% of viral operational taxonomic units remain uncultured. This collection significantly enriches genomic diversity, especially for prevalent vaginal pathogens such as BVAB1 (an uncultured bacterial vaginosis-associated bacterium) and Amygdalobacter spp. (BVAB2 and related species). Leveraging VMGC, we characterize functional traits of prokaryotes, notably Saccharofermentanales (an underexplored yet prevalent order), along with prokaryotic and eukaryotic viruses, offering insights into their niche adaptation and potential roles in the vagina. VMGC serves as a valuable resource for studying vaginal microbiota and its impact on vaginal health.

Abstract Introduction Gut microbiome plays an important role in maintaining human health. Although mounting evidence has revealed the critical function of the gut bacteriome in the progression of CRC, the contribution of gut viral community to CRC is rarely studied. Objectives The present study aimed to reveal the gut virome signatures of colorectal adenoma patients and CRC patients and decipher the potential viral markers to build clinical predictive models for diagnosis. Methods 1,282 available fecal metagenomes data from 9 published CRC studies were collected. A new virus database was constructed based on a reference-independent virome approach for further analysis. Viral markers were filtered by statistical methods and used to build machine learning models such as Random Forest and Least Absolute Shrinkage and Selection Operator (LASSO) to distinguish patients from controls. New fecal samples were collected to validate the generalization of predictive model. Results The gut viral composition of CRC patients was drastically altered compared with healthy, as evidenced by changes in several Siphoviridae viruses and a reduction of Microviridae, whereas the virome variation in adenoma patients was relatively low. The viral markers contained the phages of Porphyromonas , Fusobacterium , Hungatella , and Ruminococcaceae . In 9 cohorts and independent validation cohorts, a random forest (RF) classifier and LASSO model got the optimal AUC 0.830 and 0.906, respectively. While the gut virome analysis of adenoma patients identified 88 differential viruses and achieved an optimal AUC of 0.772 for discriminating patients from controls. Conclusion Our findings demonstrate the distinctly different composition of gut virome between healthy controls and CRC patients, and highlight the potential of viral markers for clinical diagnosis.

ABSTRACT Background Pneumonia is typically caused by a variety of pathogenic microorganisms. Traditional research often focuses on the infection of a few microorganisms, whereas metagenomic studies focus on the impact of the bacteriome and mycobiome on respiratory diseases. Reports on the virome characteristics of pediatric pneumonia remain relatively scarce. Methods We employed de novo assembly and combined homology‐ and feature‐based methods to characterize the respiratory virome in whole‐genome DNA sequencing samples from oropharynx (OP) swabs, nasopharynx (NP) swabs, and bronchoalveolar lavage fluids (BALF) of children with pneumonia. Results Significant differences were observed in the alpha and beta diversity indexes, as well as in the composition of the oropharyngeal virome, between pneumonia cases and controls. We identified 1137 viral operational taxonomic units (vOTUs) with significant differences, indicating a preference of pneumonia‐reduced vOTUs for infecting Prevotella , Neisseria , and Veillonella , whereas pneumonia‐enriched vOTUs included polyomavirus, human adenovirus, and phages targeting Staphylococcus , Streptococcus , Granulicatella , and Actinomyces . Comparative analysis revealed higher relative abundances and prevalence rates of pneumonia‐enriched OP vOTUs in NP and BALF samples compared to pneumonia‐reduced vOTUs. Additionally, virome analysis identified six pediatric patients with severe human adenovirus or polyomavirus infections, five of whom might have been undetected by targeted polymerase chain reaction (PCR)‐based testing. Conclusions This study offers insights into pediatric pneumonia respiratory viromes, highlighting frequent transmission of potentially pathogenic viruses and demonstrating virome analysis as a valuable adjunct for pathogen detection.

Abstract Background/purpose(s) The gut microbiota and its metabolites play crucial roles in pathogenesis of arthritis, highlighting gut microbiota as a promising avenue for modulating autoimmunity. However, the characterization of the gut virome in arthritis patients, including osteoarthritis (OA) and gouty arthritis (GA), requires further investigation. Methods We employed virus-like particle (VLP)-based metagenomic sequencing to analyze gut viral community in 20 OA patients, 26 GA patients, and 31 healthy controls, encompassing a total of 77 fecal samples. Results Our analysis generated 6819 vOTUs, with a considerable proportion of viral genomes differing from existing catalogs. The gut virome in OA and GA patients differed significantly from healthy controls, showing variations in diversity and viral family abundances. We identified 157 OA-associated and 94 GA-associated vOTUs, achieving high accuracy in patient-control discrimination with random forest models. OA-associated viruses were predicted to infect pro-inflammatory bacteria or bacteria associated with immunoglobulin A production, while GA-associated viruses were linked to Bacteroidaceae or Lachnospiraceae phages. Furthermore, several viral functional orthologs displayed significant differences in frequency between OA-enriched and GA-enriched vOTUs, suggesting potential functional roles of these viruses. Additionally, we trained classification models based on gut viral signatures to effectively discriminate OA or GA patients from healthy controls, yielding AUC values up to 0.97, indicating the clinical utility of the gut virome in diagnosing OA or GA. Conclusion Our study highlights distinctive alterations in viral diversity and taxonomy within gut virome of OA and GA patients, offering insights into arthritis etiology and potential treatment and prevention strategies. Graphical Abstract

Pancreatic cancer (PC) is a highly aggressive malignancy with a poor prognosis, making early diagnosis crucial for improving patient outcomes. While the gut microbiome, including bacteria and viruses, is believed to be essential in cancer pathogenicity, the potential contribution of the gut virome to PC remains largely unexplored. In this study, we conducted a comparative analysis of the gut viral compositional and functional profiles between PC patients and healthy controls, based on fecal metagenomes from two publicly available data sets comprising a total of 101 patients and 82 healthy controls. Our results revealed a decreasing trend in the gut virome diversity of PC patients with disease severity. We identified significant alterations in the overall viral structure of PC patients, with a meta-analysis revealing 219 viral operational taxonomic units (vOTUs) showing significant differences in relative abundance between patients and healthy controls. Among these, 65 vOTUs were enriched in PC patients, and 154 were reduced. Host prediction revealed that PC-enriched vOTUs preferentially infected bacterial members of Veillonellaceae, Enterobacteriaceae, Fusobacteriaceae, and Streptococcaceae, while PC-reduced vOTUs were more likely to infect Ruminococcaceae, Lachnospiraceae, Clostridiaceae, Oscillospiraceae, and Peptostreptococcaceae. Furthermore, we constructed random forest models based on the PC-associated vOTUs, achieving an optimal average area under the curve (AUC) of up to 0.879 for distinguishing patients from controls. Through additional 10 public cohorts, we demonstrated the reproducibility and high specificity of these viral signatures. Our study suggests that the gut virome may play a role in PC development and could serve as a promising target for PC diagnosis and therapeutic intervention. Future studies should further explore the underlying mechanisms of gut virus-bacteria interactions and validate the diagnostic models in larger and more diverse populations.

Abstract Irritable bowel syndrome (IBS), a chronic functional gastrointestinal disorder, is recognized for its association with alterations in the gut microbiome and metabolome. This study delves into the largely unexplored domain of the gut virome in IBS patients. We conducted a comprehensive analysis of the fecal metagenomic data set from 277 IBS patients and 84 healthy controls to characterize the gut viral community. Our findings revealed a distinct gut virome in IBS patients compared to healthy individuals, marked by significant variances in between‐sample diversity and altered abundances of 127 viral operational taxonomic units (vOTUs). Specifically, 111 vOTUs, predominantly belonging to crAss‐like , Siphoviridae , Myoviridae , and Quimbyviridae families, were more abundant in IBS patients, whereas the healthy control group exhibited enrichment of 16 vOTUs from multiple families. We also investigated the interplay between the gut virome and bacteriome, identifying a correlation between IBS‐enriched bacteria like Klebsiella pneumoniae , Fusobacterium varium , and Ruminococcus gnavus , and the IBS‐associated vOTUs. Furthermore, we assessed the potential of gut viral signatures in predicting IBS, achieving a notable area under the receiver operator characteristic curve (AUC) of 0.834. These findings highlight significant shifts in the viral diversity, taxonomic distribution, and functional composition of the gut virome in IBS patients, suggesting the potential role of the gut virome in IBS pathogenesis and opening new avenues for diagnostic and therapeutic strategies targeting the gut virome in IBS management.

Palatine tonsils are important lymphoid organs featuring constant cross-talks between the commensal microorganisms and immune system, and have been implicated as critical autoimmunity origins for immune-related diseases, including rheumatoid arthritis (RA), a common autoimmune disorder. However, there was no evidence to show link between tonsillar microbiota and RA. Here, we identified a significant dysbiosis of RA tonsillar microbiota, with loss of Streptococcus salivarius and its functional molecules salivaricins (a type of antibacterial peptides). Consistent with the niche-preference, S. salivarius and salivaricins administrated intranasally or intraorally conferred prophylactic and therapeutic efficacies against experimental arthritis. Moreover, we demonstrated, for the first time, that S. salivarius and salivaricins exerted immunosuppressive capacities via inhibiting CD4+ effector T cell subsets and autoantibody production in mice and human. These results uncover a communication between tonsillar microbiota and host autoimmunity, and identify the active components from tonsillar microbes in modulating immune homeostasis.