In the course of Parkinson's disease (PD), the enteric nervous system (ENS) and parasympathetic nerves are amongst the structures earliest and most frequently affected by alpha-synuclein pathology. Accordingly, gastrointestinal dysfunction, in particular constipation, is an important non-motor symptom in PD and often precedes the onset of motor symptoms by years. Recent research has shown that intestinal microbiota interact with the autonomic and central nervous system via diverse pathways including the ENS and vagal nerve. The gut microbiome in PD has not been previously investigated. We compared the fecal microbiomes of 72 PD patients and 72 control subjects by pyrosequencing the V1-V3 regions of the bacterial 16S ribosomal RNA gene. Associations between clinical parameters and microbiota were analyzed using generalized linear models, taking into account potential confounders. On average, the abundance of Prevotellaceae in feces of PD patients was reduced by 77.6% as compared with controls. Relative abundance of Prevotellaceae of 6.5% or less had 86.1% sensitivity and 38.9% specificity for PD. A logistic regression classifier based on the abundance of four bacterial families and the severity of constipation identified PD patients with 66.7% sensitivity and 90.3% specificity. The relative abundance of Enterobacteriaceae was positively associated with the severity of postural instability and gait difficulty. These findings suggest that the intestinal microbiome is altered in PD and is related to motor phenotype. Further studies are warranted to elucidate the temporal and causal relationships between gut microbiota and PD and the suitability of the microbiome as a biomarker.

The microbiome-gut-brain axis has been proposed as a pathogenic path in Parkinson's disease (PD). Dietary driven dysbiosis and reduced gut barrier function could facilitate the interaction of toxic external or internal factors with the enteric nervous system, where PD could start. Amyloid bacterial protein such as curli can act as seed to corrupt enteric alpha-synuclein and lead to its aggregation. Misfolded alpha-synuclein can propagate to and throughout the brain. Here, we aimed at understanding if fibre deprivation and amyloidogenic protein curli could, individually or together, exacerbate the phenotype in both enteric and central nervous systems of a transgenic mouse overexpressing wild-type human alpha-synuclein. We analysed the gut microbiome, motor behaviour, gastrointestinal and brain pathologies in these mice. Our findings show that external interventions, akin to unhealthy life habits in humans, can exacerbate PD-like pathologies in mice. We believe that our results shed light on how lifestyle affects PD progression.

Objectives: Alterations of the gut microbiome in Parkinson's disease (PD) have been repeatedly demonstrated. However, little is known about whether such alterations precede disease onset and how they may be related to risk and prodromal markers of PD. We investigated associations of these features with gut microbiome composition. Methods: Established risk and prodromal markers of PD as well as factors related to diet/lifestyle, bowel function and medication were studied in relation to bacterial α-/β-diversity, enterotypes, and taxonomic composition in stool samples of 666 elderly TREND study participants. Results: Among risk and prodromal markers, physical inactivity, constipation and age showed associations with α- and β-diversity, and for both measures subthreshold parkinsonism and physical inactivity showed interaction effects. Moreover, male sex, possible REM-sleep behavior disorder (RBD), smoking as well as body-mass-index, antidiabetic and urate-lowering medication were associated with β-diversity. Physical inactivity and constipation severity were increased in individuals with the Firmicutes-enriched enterotype. Subthreshold parkinsonism was least frequently observed in individuals with the Prevotella-enriched enterotype. Differentially abundant taxa were linked to constipation, physical inactivity, possible RBD, and subthreshold parkinsonism. Substantia nigra hyperechogenicity, olfactory loss, depression, orthostatic hypotension, urinary/erectile dysfunction, PD family history and the overall prodromal PD probability showed no significant microbiome associations. Interpretation: Several risk and prodromal markers of PD are associated with changes in gut microbiome composition. However, the impact of the gut microbiome on PD risk and potential microbiome-dependent subtypes in the prodrome of PD need further investigation based on prospective clinical and (multi)omics data in incident PD cases.