The human gut microbiome plays an important role in health, but its archaeal diversity remains largely unexplored. In the present study, we report the analysis of 1,167 nonredundant archaeal genomes (608 high-quality genomes) recovered from human gastrointestinal tract, sampled across 24 countries and rural and urban populations. We identified previously undescribed taxa including 3 genera, 15 species and 52 strains. Based on distinct genomic features, we justify the split of the Methanobrevibacter smithii clade into two separate species, with one represented by the previously undescribed ‘Candidatus Methanobrevibacter intestini’. Patterns derived from 28,581 protein clusters showed significant associations with sociodemographic characteristics such as age groups and lifestyle. We additionally show that archaea are characterized by specific genomic and functional adaptations to the host and carry a complex virome. Our work expands our current understanding of the human archaeome and provides a large genome catalogue for future analyses to decipher its impact on human physiology. Recovery of 1,167 nonredundant archaeal genomes from the human gut microbiomes reveals previously undescribed genera, associations with sociodemographic factors and the presence of an archaeal virome.

The human gut microbiome plays an important role in health and disease, but the archaeal diversity therein remains largely unexplored. Here we report the pioneering analysis of 1,167 non-redundant archaeal genomes recovered from human gastrointestinal tract microbiomes across countries and populations. We identified three novel genera and 15 novel species including 52 previously unknown archaeal strains. Based on distinct genomic features, we warrant the split of the Methanobrevibacter smithii clade into two separate species, with one represented by the novel Candidatus M. intestini. Patterns derived from 1.8 million proteins and 28,851 protein clusters coded in these genomes showed a substantial correlation with socio-demographic characteristics such as age and lifestyle. We infer that archaea are actively replicating in the human gastrointestinal tract and are characterized by specific genomic and functional adaptations to the host. We further demonstrate that the human gut archaeome carries a complex virome, with some viral species showing unexpected host flexibility. Our work furthers our current understanding of the human archaeome, and provides a large genome catalogue for future analyses to decipher its role and impact on human physiology.

The moon jellyfish Aurelia aurita is associated with a highly diverse microbiota changing with provenance, tissue, and life stage. While the crucial relevance of bacteria to host fitness is well known, bacteriophages have often been neglected. Here, we aimed to isolate lytic phages targeting bacteria that are part of the A. aurita-associated microbiota. Four phages (Pseudomonas phage BSwM KMM1, Citrobacter phages BSwM KMM2- BSwM KMM4) were isolated from the Baltic Sea water column and characterized. Phages KMM2/3/4 infected representatives of Citrobacter, Shigella, and Escherichia (Enterobacteriaceae), whereas KMM1 showed a remarkably broad host range, infecting Gram-negative Pseudomonas as well as Gram-positive Staphylococcus. All phages showed short latent periods (around 30 min), large burst sizes (mean of 128 pfu/mL), and high efficiency of plating (EOP > 0.5), demonstrating decent virulence, efficiency, and infectivity. Transmission electron microscopy and viral genome analysis revealed that all phages are novel species and belong to the tailed, linear double-stranded DNA phage families Siphovirus (KMM3) and Myovirus (KMM1/2/4), with genome sizes between 50 - 138 kbp. Those isolates now allow manipulation of the A. aurita-associated microbiota and will provide new insights into phage impact on the multicellular host.

Abstract Microbial pangenomes vary across species; their size and structure are determined by genetic diversity within the population and by gene loss and horizontal gene transfer (HGT). Many bacteria are associated with eukaryotic hosts where the host colonization dynamics may impact bacterial genome evolution. Host-associated lifestyle has been recognized as a barrier to HGT in parentally transmitted bacteria. However, pangenome evolution of environmentally acquired symbionts remains understudied, often due to limitations in symbiont cultivation. Using high-resolution metagenomics, here we study pangenome evolution of two co-occurring endosymbionts inhabiting Bathymodiolus brooksi mussels from a single cold seep. The symbionts, sulfur-oxidizing (SOX) and methane-oxidizing (MOX) gamma-proteobacteria, are environmentally acquired at an early developmental stage and individual mussels may harbor multiple strains of each species. We found differences in the accessory gene content of both symbionts across individual mussels, which are reflected by differences in symbiont strain composition. Compared to core genes, accessory genes are enriched in functions involved in genome integrity. We found no evidence for recent horizontal gene transfer between both symbionts. A comparison between the symbiont pangenomes revealed that the MOX population is less diverged and contains fewer accessory genes, supporting that the MOX association with B. brooksi is more recent than that of SOX. Our results show that the pangenomes of both symbionts evolved mainly by vertical inheritance. We conclude that environmentally transmitted symbionts that associate with individual hosts over their lifetime show features of narrow symbioses, where the frequency of HGT is constrained.