Abstract Motivation Analysis toolkits for shotgun metagenomic data achieve strain-level characterization of complex microbial communities by capturing intra-species gene content variation. Yet, these tools are hampered by the extent of reference genomes that are far from covering all microbial variability, as many species are still not sequenced or have only few strains available. Binning co-abundant genes obtained from de novo assembly is a powerful reference-free technique to discover and reconstitute gene repertoire of microbial species. While current methods accurately identify species core parts, they miss many accessory genes or split them into small gene groups that remain unassociated to core clusters. Results We introduce MSPminer, a computationally efficient software tool that reconstitutes Metagenomic Species Pan-genomes (MSPs) by binning co-abundant genes across metagenomic samples. MSPminer relies on a new robust measure of proportionality coupled with an empirical classifier to group and distinguish not only species core genes but accessory genes also. Applied to a large scale metagenomic dataset, MSPminer successfully delineates in a few hours the gene repertoires of 1 661 microbial species with similar specificity and higher sensitivity than existing tools. The taxonomic annotation of MSPs reveals microorganisms hitherto unknown and brings coherence in the nomenclature of the species of the human gut microbiota. The provided MSPs can be readily used for taxonomic profiling and biomarkers discovery in human gut metagenomic samples. In addition, MSPminer can be applied on gene count tables from other ecosystems to perform similar analyses. Availability The binary is freely available for non-commercial users at enterome.fr/site/downloads/ Contact: florian.plaza-onate@inra.fr Supplementary information Available in the file named Supplementary Information.pdf

Background: Bariatric surgery is an effective therapeutic procedure for morbidly obese patients as it induces sustained weight loss. The two most common interventions are Laparoscopic Sleeve Gastrectomy (LSG) and Laparoscopic Roux-en-Y Gastric Bypass(LRYGB). Objective: Characterizing the gut microbiota changes induced by LSG and LRYGB. Design: 89 and 108 patients who underwent LSG and LRYGB respectively, were recruited from three countries: USA, France and Switzerland. Stools were collected before and 6 months after surgery. Microbial DNA was analysed with shotgun metagenomic sequencing (SOLiD 5500xl Wildfire). MSPminer, a novel innovative tool to characterize new in silico biological entities, was used to identify 715 Metagenomic Species Pan-genome (MSPs). 148 functional modules were analysed using GOmixer and KEGG database. Results: Both interventions resulted in a similar increase of Shannon's diversity index and gene richness of gut microbiota, in parallel with weight loss, but the changes of microbial composition were different. LRYGB led to higher relative abundance of aero-tolerant bacteria, such as Escherichia coli and buccal species, such as Streptococcus and Veillonella spp. In contrast, anaerobes such as Clostridium were more abundant after LSG, suggesting better conservation of anaerobic conditions in the gut. Function-level changes included higher potential for bacterial use of supplements such as vitamin B12, B1 and iron upon LRYGB. Moreover, after LRYGB, potential for nitrate and Trimethylamine oxidized (TMAO) respiration was detected. Conclusion: Microbiota changes after bariatric surgery depend on the nature of the intervention. LRYGB induces greater taxonomic and functional changes in gut microbiota than LSG and may lead to a more dysbiotic microbiome. Possible long-term health consequences of these alterations remain to be established.