We present QIIME 2, an open-source microbiome data science platform accessible to users spanning the microbiome research ecosystem, from scientists and engineers to clinicians and policy makers. QIIME 2 provides new features that will drive the next generation of microbiome research. These include interactive spatial and temporal analysis and visualization tools, support for metabolomics and shotgun metagenomics analysis, and automated data provenance tracking to ensure reproducible, transparent microbiome data science.

This study offers a novel description of the sinonasal microbiome, through an unsupervised machine learning approach combining dimensionality reduction and clustering. We apply our method to the International Sinonasal Microbiome Study (ISMS) dataset of 410 sinus swab samples. We propose three main sinonasal ‘microbiotypes’ or ‘states’: the first is Corynebacterium -dominated, the second is Staphylococcus -dominated, and the third dominated by the other core genera of the sinonasal microbiome ( Streptococcus , Haemophilus , Moraxella , and Pseudomonas ). The prevalence of the three microbiotypes studied did not differ between healthy and diseased sinuses, but differences in their distribution were evident based on geography. We also describe a potential reciprocal relationship between Corynebacterium species and Staphylococcus aureus , suggesting that a certain microbial equilibrium between various players is reached in the sinuses. We validate our approach by applying it to a separate 16S rRNA gene sequence dataset of 97 sinus swabs from a different patient cohort. Sinonasal microbiotyping may prove useful in reducing the complexity of describing sinonasal microbiota. It may drive future studies aimed at modeling microbial interactions in the sinuses and in doing so may facilitate the development of a tailored patient-specific approach to the treatment of sinus disease in the future.

Background: The anterior nares host a complex microbial community that contributes to upper airway health. Although the bacterial composition of the nasal passages have been well characterized in healthy and diseased cohorts, the role of prolonged environmental exposures and exercise in shaping the nasal microbiome in healthy adults is poorly understood. In this study, we longitudinally sampled female collegiate Division I athletes from two teams experiencing a similar athletic season and exercise regimen but vastly different environmental exposures (Swim/Dive and Basketball). Using 16S rRNA gene sequencing, we evaluated the longitudinal dynamics of the nasal microbiome pre-, during-, and at the end of the athletic season. Results: The nasal microbiota of the Swim/Dive and Basketball teams were distinct from each other at each time point sampled, driven by either low abundance (Jaccard, PERMANOVA p<0.05) or high-abundance changes in composition (Bray-Curtis, PERMANOVA p<0.05). The rate of change of microbial communities were greater in the Swim/Dive team compared to the Basketball team characterized by an increase in Staphylococcus in Swim/Dive and a decrease in Corynebacterium in both teams over time. Conclusions: This is the first study that has evaluated the nasal microbiome in athletes. We obtained longitudinal nasal swabs from two gender-matched teams with similar age distributions (18-22 years old) over a 6 month period. Differences in the microbiota between teams and over time indicate that chlorine exposure, and potentially athletic training, induced changes in the nasal microbiome.

The sinonasal microbiome remains poorly defined, with our current knowledge based on a few cohort studies whose findings are inconsistent. Furthermore, the variability of the sinus microbiome across geographical divides remains unexplored. We characterise the sinonasal microbiome and its geographical variations in both health and disease using 16S rRNA gene sequencing of 410 individuals from across the world. Although the sinus microbial ecology is highly variable between individuals, we identify a core microbiome comprised of Corynebacterium, Staphylococcus, Streptococcus, Haemophilus , and Moraxella species in both healthy and chronic rhinosinusitis (CRS) cohorts. Corynebacterium (mean relative abundance = 44.02%) and Staphylococcus (mean relative abundance = 27.34%) appear particularly dominant in the majority of patients sampled. There was a significant variation in microbial diversity between countries (p = 0.001). Amongst patients suffering from CRS with nasal polyps, a significant depletion of Corynebacterium (40.29% vs 50.43%; p = 0.02) and over-representation of Streptococcus (7.21% vs 2.73%; p = 0.032) was identified. The delineation of the sinonasal microbiome and standardised methodology described within our study will enable further characterisation and translational application of the sinus microbiota.* NGS : Next-generation sequencing CRS : chronic rhinosinusitis CRSsNP : chronic rhinosinusitis sans nasal polyps CRSwNP : chronic rhinosinusitis with nasal polyps

Abstract Chronic type 2 (T2) inflammatory diseases of the respiratory tract are characterized by mucus overproduction and disordered mucociliary function, which are largely attributed to the effects of IL-13 on common epithelial cell types (mucus secretory and ciliated cells). The role of rare cells in airway T2 inflammation is less clear, though tuft cells have been shown to be critical in the initiation of T2 immunity in the intestine. Using bulk and single cell RNA sequencing of airway epithelium and mouse modeling, we find that IL-13 expands and programs airway tuft cells towards eicosanoid metabolism, and that tuft cell deficiency leads to a reduction in airway prostaglandin E2 (PGE2) concentration. Allergic airway epithelia bear a signature of prostaglandin E2 activation, and PGE2 activation leads to CFTR-dependent ion and fluid secretion and accelerated mucociliary transport. Together these data reveal a role for tuft cells in regulating epithelial mucociliary function in the allergic airway.

ABSTRACT Asthma is a chronic airway inflammatory disease that affects approximately 300 million people worldwide, causing a substantial healthcare burden. Although there is a large degree of heterogeneity in the inflammatory response of asthmatics, a subset of patients are characterized by type-2 inflammation, which is in part mediated by T H 2 cells in both the upper and lower airways. Asthma prevalence is increased in low-socioeconomic-status populations, where disparities in health behavior exist, including a shift toward a western diet characterized by low dietary fiber. Gut microbes metabolize fiber into short chain fatty acids that can reduce type-2 inflammation in peripheral organs, such as the airways. We hypothesized that soluble fiber can reduce ovalbumin (OVA)-induced upper airway inflammation in the context of the unified airway hypothesis, in mice maintained on ingredient-matched western (WD) and control diets (CD) through production of short chain fatty acids. Our results show that soluble fiber reduces IL-4 and IL-13 gene expression (p<0.05, Mann Whitney) in the sinonasal cavity of CD-fed mice, but this effect was lost in WD-fed mice. This loss of protection in WD-fed mice parallels compositional changes of the cecal and fecal microbiota. Mice fed a soluble fiber supplement while being maintained on a WD had altered microbial communities characterized by lower abundance of fiber fermentering bacteria. This work can be used to develop effective microbiome-based therapeutics as a low-cost method to reduce asthma morbidity. IMPORTANCE Previous research has supported that western-style diets, typically high-fat and low-fiber, are associated with changes in the gut microbiome and increased inflammation. Western diets are accessible and prominent in low-socioeconomic-status populations, where asthma rates are highest; however, there has yet to be a low-cost asthma therapeutic. For the first time, we investigated whether supplementation with a physiologically relevant quantity of soluble corn fiber can reduce allergic airway inflammation. Our study supports that soluble corn fiber supplementation is associated with compositional shifts of the gut microbiota and reduced airway inflammation, promoting the use of fiber as a low-cost microbiome modifying therapy to reduce asthma-associated inflammation. However, soluble corn fiber in conjunction with a western diet resulted in an alternate gut microbiome composition and loss of protection against allergic airway inflammation. These findings further support the importance of the gut microbiota in host health.

Abstract We previously reported that asthma prevalence was higher in the United States (US) compared to Mexico (MX) (25.8% vs. 8.4%). This investigation assessed differences in microbial dust composition in relation to demographic and housing characteristics on both sides of the US–MX Border. Forty homes were recruited in the US and MX. Home visits collected floor dust and documented occupants’ demographics, asthma prevalence, housing structure, and use characteristics. US households were more likely to have inhabitants who reported asthma when compared with MX households (30% vs. 5%) and had significantly different flooring types. The percentage of households on paved roads, with flushing toilets, with piped water and with air conditioning was higher in the US, while dust load was higher in MX. Significant differences exist between countries in the microbial composition of the floor dust. Dust from Mexican homes was enriched with Alishewanella , Paracoccus , Rheinheimera genera and Intrasporangiaceae family. A predictive metagenomics analysis identified 68 significantly differentially abundant functional pathways between US and MX. This study documented multiple structural, environmental, and demographic differences between homes in the US and MX that may contribute to significantly different microbial composition of dust observed in these two countries.