Microbial modulation of diabetes Short-chain fatty acids (SCFAs) are produced by various human gut microbes. SCFAs act as an energy source to the colonic epithelium and are also sensed by host signaling pathways that modulate appetite and inflammation. Deficiency of gut SCFAs is associated with type 2 diabetes. Zhao et al. found that adopting a high-fiber diet promoted the growth of SCFA-producing organisms in diabetic humans. The high-fiber diet induced changes in the entire gut microbe community and correlated with elevated levels of glucagon-like peptide-1, a decline in acetylated hemoglobin levels, and improved blood-glucose regulation. Science , this issue p. 1151

Akkermansia muciniphila is potential probiotic in that its type strain ATCC BAA-835 has beneficial effects upon obesity and diabetes. However, whether A. muciniphila can improve inflammatory bowel diseases (IBD), which is a form of chronic intestinal dysbiosis, is unknown. Hence, we used an isolated murine A. muciniphila strain (designated 139) and A. muciniphila type strain ATCC, to investigate their anti-inflammatory properties in cell models and in Dextran Sulfate Sodium (DSS)-induced chronic colitis of mice. In vitro, the two A. muciniphila strains exerted similar anti-inflammatory properties as they both reduced IL-8 production by TNF-α-stimulated HT-29 cells. However, neither of the strains showed capacity to increase the differentiation of regulatory T (Treg)-cells from CD4+ T cell populations significantly. In vivo, both A. muciniphila strains exerted anti-inflammatory effects on chronic colitis as they improved clinical parameters including spleen weight, colon inflammation index, and colon histological score. They also down-regulated the expression of the pro-inflammatory cytokines including TNF-α and IFN-γ in the colon of mice. However, the anti-inflammatory effects of strain ATCC were stronger than strain 139 in that ATCC significantly reduced spleen weight, colon inflammation index, and fecal lipocalin-2 content in mice with chronic colitis, while strain 139 was not. Dysbiosis of the gut microbiota was observed in mice with chronic colitis. Both A. muciniphila strains facilitated the normalization of the gut microbiota. The specific capacity of strain ATCC to modulate the differentiation of Tregs as well as increase production of short chain fatty acids, demonstrated strain-specific characteristics for these two A. muciniphila strains. This study suggests the potential beneficial effect of A. muciniphila on IBD and the importance of the future study of the function of A. muciniphila at the strain-level.

The engineering of autologous patient T cells for adoptive cell therapies has revolutionized the treatment of several types of cancer1. However, further improvements are needed to increase response and cure rates. CRISPR-based loss-of-function screens have been limited to negative regulators of T cell functions2–4 and raise safety concerns owing to the permanent modification of the genome. Here we identify positive regulators of T cell functions through overexpression of around 12,000 barcoded human open reading frames (ORFs). The top-ranked genes increased the proliferation and activation of primary human CD4+ and CD8+ T cells and their secretion of key cytokines such as interleukin-2 and interferon-γ. In addition, we developed the single-cell genomics method OverCITE-seq for high-throughput quantification of the transcriptome and surface antigens in ORF-engineered T cells. The top-ranked ORF—lymphotoxin-β receptor (LTBR)—is typically expressed in myeloid cells but absent in lymphocytes. When overexpressed in T cells, LTBR induced profound transcriptional and epigenomic remodelling, leading to increased T cell effector functions and resistance to exhaustion in chronic stimulation settings through constitutive activation of the canonical NF-κB pathway. LTBR and other highly ranked genes improved the antigen-specific responses of chimeric antigen receptor T cells and γδ T cells, highlighting their potential for future cancer-agnostic therapies5. Our results provide several strategies for improving next-generation T cell therapies by the induction of synthetic cell programmes. A genome-scale gain-of-function screen using overexpression of nearly 12,000 open reading frames (ORFs) identifies positive regulators of human T cell function and suggests that ORF-based screens could be applied clinically to improve T cell therapies.

A key limitation of the commonly-used CRISPR enzyme S. pyogenes Cas9 is the strict requirement of an NGG protospacer-adjacent motif (PAM) at the target site, which reduces the number of accessible genomic loci. This constraint can be limiting for genome editing applications that require precise Cas9 positioning. Recently, two Cas9 variants with a relaxed PAM requirement (NG) have been developed (xCas9 and Cas9-NG) but their activity has been measured at only a small number of endogenous sites. Here we devised a high-throughput Cas9 pooled competition screen to compare the performance of both PAM-flexible Cas9 variants and wild-type Cas9 at thousands of genomic loci and across 3 modalities (gene knock-out, transcriptional activation and suppression). We show that PAM flexibility comes at a substantial cost of decreased DNA targeting and cutting. Of the PAM-flexible variants, we found that Cas9-NG outperforms xCas9 regardless of genome engineering modality or PAM. Finally, we combined xCas9 mutations with those of Cas9-NG, creating a stronger transcriptional modulator than existing PAM-flexible Cas9 variants.

ABSTRACT Background Dysbiotic gut microbiome, genetically predisposed or chemically disrupted, has been linked with insulin-dependent diabetes (IDD) including autoimmune type 1 diabetes (T1D) in both humans and animal models. However, specific IDD-inducing gut bacteria remain to be identified and their casual role in disease development demonstrated via experiments that can fulfill Koch’s postulates. Results Here, we show that novel gut pathobionts in the Muribaculaceae family, enriched by a low-dose dextran sulfate sodium (DSS) treatment, translocated to the pancreas and caused local inflammation, beta cell destruction and IDD in C57BL/6 mice. Antibiotic removal and transplantation of gut microbiota showed that this low DSS disrupted gut microbiota was both necessary and sufficient to induce IDD. Reduced butyrate content in the gut and decreased gene expression levels of an antimicrobial peptide in the pancreas allowed for the enrichment of members in the Muribaculaceae family in the gut and their translocation to the pancreas. Pure isolate of one such members induced IDD in wildtype germ-free mice on normal diet either alone or in combination with normal gut microbiome after gavaged into stomach and translocated to pancreas. Conclusion The pathobionts that are chemically enriched in dysbiotic gut microbiota are sufficient to induce insulin-dependent diabetes after translocation to the pancreas. This indicates that IDD can be mainly a microbiome-dependent disease, inspiring the need to search for novel pathobionts for IDD development in humans.