Infections after surgical interventions are assumed to be caused by contamination. We show by analyzing multicentric data of 6561 patients that surgical infections as well as sepsis had a predominantly enteric microbial signature irrespective of the type of surgery, suggesting failure of intestinal bacterial compartmentalization. In mice, we reveal that hepatic surgery induced dysregulation of intestinal and hepatic type 3 innate lymphoid cells (ILC3s) and intestinal leakage resulting in enteric bacterial translocation via lymphatic vessels. In the absence of hepatic ILC3s, inflammasome activation and the induction of antimicrobial peptide encoding genes, bacteria colonized remote systemic organs and impaired surgical outcomes. Conversely, mammalian-microbial commensalism is required for the education of host immunity to ensure optimal hepatic healing responses. In fact, microbial-derived products were sufficient for the induction of proliferative transcriptional networks in the mouse liver, as illustrated by serum transfer experiments, mass spectrometry and RNA expression analysis, indicating that the balanced exposure of the host to commensals is essential for recovery. This study reveals the intestinal origin of microbes causing complications after surgical interventions and highlights host protective mechanisms of controlled commensalism that prevent infections.

is a commensal gut bacterium capable of forming the secondary bile acids deoxycholic acid and lithocholic acid from the primary bile acids cholic acid and chenodeoxycholic acid, respectively, as well as converting glucocorticoids to androgens. Historically, only two strains,

Clostridium scindens is a keystone human gut microbial taxonomic group that, while low in abundance, has a disproportionate effect on bile acid and steroid metabolism in the gastrointestinal tract. Numerous studies indicate that the two most studied strains of C. scindens (i.e., ATCC 35704 and VPI 12708) are important for a myriad of physiological processes in the host. We focus on both historical and current microbiological and molecular biology work on the Hylemon-Björkhem pathway and the steroid-17,20-desmolase pathway that were first discovered in C. scindens . Our most recent analysis now calls into question whether strains currently defined as C. scindens represent two separate taxonomic groups. Future directions include developing genetic tools to further explore the physiological role bile acid and steroid metabolism by strains of C. scindens , and the causal role of these pathways in host physiology and disease.

ABSTRACT The gut microbiome of vertebrates is capable of numerous biotransformations of bile acids, which are responsible for intestinal lipid digestion and function as key nutrient-signaling molecules. The human liver produces bile acids from cholesterol predominantly in the A/B- trans orientation in which the sterol rings are “kinked”, as well as small quantities of A/B- cis oriented “flat” stereoisomers known as “primary allo-bile acids”. While the complex multi-step bile acid 7α-dehydroxylation pathway has been well-studied for conversion of “kinked” primary bile acids such as cholic acid (CA) and chenodeoxycholic acid (CDCA) to deoxycholic acid (DCA) and lithocholic acid (LCA), respectively, the enzymatic basis for the formation of “flat” stereoisomers allo-deoxycholic acid (allo-DCA) and allo-lithocholic acid (allo-LCA) by Firmicutes has remained unsolved for three decades. Here, we present a novel mechanism by which Firmicutes generate the “flat” bile acids allo-DCA and allo-LCA. The BaiA1 was shown to catalyze the final reduction from 3-oxo-allo-DCA to allo-DCA and 3-oxo-allo-LCA to allo-LCA. Phylogenetic and metagenomic analyses of human stool samples indicate that BaiP and BaiJ are encoded only in Firmicutes and differ from membrane-associated bile acid 5α-reductases recently reported in Bacteroidetes that indirectly generate allo-LCA from 3-oxo-Δ 4 -LCA. We further map the distribution of baiP and baiJ among Firmicutes in human metagenomes, demonstrating an increased abundance of the two genes in colorectal cancer (CRC) patients relative to healthy individuals. SIGNIFICANCE STATEMENT Bile acid synthesis by vertebrates is central to digestion and nutrient signaling. Gut bacteria have evolved enzymes capable of converting primary bile acids to hundreds of secondary bile acids. While bile acid microbiology has been focused on the metabolism of ring hydroxyl groups and the carboxylated side-chain, very little is known about how bacteria alter the shape of the steroid ring system. Here, we describe enzymes expressed by Firmicutes that convert the “kinked” primary bile acid into “flat” secondary bile acids. Decades of research indicate that increased levels of secondary bile acids are risk factors for colorectal cancer. Hidden Markov Models developed from the BaiP and BaiJ enzyme sequences revealed significant enrichment in metagenomes of subjects with colorectal cancer.