Summary The paradox of a host specificity of the human faecal microbiota otherwise acknowledged as characterized by global functionalities conserved between humans led us to explore the existence of a phylogenetic core. We investigated the presence of a set of bacterial molecular species that would be altogether dominant and prevalent within the faecal microbiota of healthy humans. A total of 10 456 non‐chimeric bacterial 16S rRNA sequences were obtained after cloning of PCR‐amplified rDNA from 17 human faecal DNA samples. Using alignment or tetranucleotide frequency‐based methods, 3180 operational taxonomic units (OTUs) were detected. The 16S rRNA sequences mainly belonged to the phyla Firmicutes (79.4%), Bacteroidetes (16.9%), Actinobacteria (2.5%), Proteobacteria (1%) and Verrumicrobia (0.1%). Interestingly, while most of OTUs appeared individual‐specific, 2.1% were present in more than 50% of the samples and accounted for 35.8% of the total sequences. These 66 dominant and prevalent OTUs included members of the genera Faecalibacterium , Ruminococcus , Eubacterium , Dorea , Bacteroides , Alistipes and Bifidobacterium . Furthermore, 24 OTUs had cultured type strains representatives which should be subjected to genome sequence with a high degree of priority. Strikingly, 52 of these 66 OTUs were detected in at least three out of four recently published human faecal microbiota data sets, obtained with very different experimental procedures. A statistical model confirmed these OTUs prevalence. Despite the species richness and a high individual specificity, a limited number of OTUs is shared among individuals and might represent the phylogenetic core of the human intestinal microbiota. Its role in human health deserves further study.

Abstract The intestinal microbiota is known to regulate host energy homeostasis and can be influenced by high-calorie diets. However, changes affecting the ecosystem at the functional level are still not well characterized. We measured shifts in cecal bacterial communities in mice fed a carbohydrate or high-fat (HF) diet for 12 weeks at the level of the following: (i) diversity and taxa distribution by high-throughput 16S ribosomal RNA gene sequencing; (ii) bulk and single-cell chemical composition by Fourier-transform infrared- (FT-IR) and Raman micro-spectroscopy and (iii) metaproteome and metabolome via high-resolution mass spectrometry. High-fat diet caused shifts in the diversity of dominant gut bacteria and altered the proportion of Ruminococcaceae (decrease) and Rikenellaceae (increase). FT-IR spectroscopy revealed that the impact of the diet on cecal chemical fingerprints is greater than the impact of microbiota composition. Diet-driven changes in biochemical fingerprints of members of the Bacteroidales and Lachnospiraceae were also observed at the level of single cells, indicating that there were distinct differences in cellular composition of dominant phylotypes under different diets. Metaproteome and metabolome analyses based on the occurrence of 1760 bacterial proteins and 86 annotated metabolites revealed distinct HF diet-specific profiles. Alteration of hormonal and anti-microbial networks, bile acid and bilirubin metabolism and shifts towards amino acid and simple sugars metabolism were observed. We conclude that a HF diet markedly affects the gut bacterial ecosystem at the functional level.

Pollution of the environment by human and animal faecal pollution affects the safety of shellfish, drinking water and recreational beaches. To pinpoint the origin of contaminations, it is essential to define the differences between human microbiota and that of farm animals. A strategy based on real-time quantitative PCR (qPCR) assays was therefore developed and applied to compare the composition of intestinal microbiota of these two groups. Primers were designed to quantify the 16S rRNA gene from dominant and subdominant bacterial groups. TaqMan® probes were defined for the qPCR technique used for dominant microbiota. Human faecal microbiota was compared with that of farm animals using faecal samples collected from rabbits, goats, horses, pigs, sheep and cows. Three dominant bacterial groups (Bacteroides/Prevotella, Clostridium coccoides and Bifidobacterium) of the human microbiota showed differential population levels in animal species. The Clostridium leptum group showed the lowest differences among human and farm animal species. Human subdominant bacterial groups were highly variable in animal species. Partial least squares regression indicated that the human microbiota could be distinguished from all farm animals studied. This culture-independent comparative assessment of the faecal microbiota between humans and farm animals will prove useful in identifying biomarkers of human and animal faecal contaminations that can be applied to microbial source tracking methods.

BackgroundRecent studies suggest that gastrointestinal (GI) microbes play a part in the pathogenesis of Crohn's disease (CD).

As the gut microbiota contributes to metabolic health, it is important to determine specific diet-microbiota interactions that influence host metabolism. Bile acids and dietary fat source can alter phenotypes of diet-induced obesity, but the interplay with intestinal microorganisms is unclear. Here, we investigated metabolic consequences of diets enriched in primary bile acids with or without addition of lard or palm oil, and studied gut microbiota structure and functions in mice. In combination with bile acids, dietary lard fed to male C57BL/6N mice for a period of 8 weeks enhanced fat mass accumulation in colonized, but not in germ-free mice when compared to palm oil. This was associated with impaired glucose tolerance, lower fasting insulin levels, lower counts of enteroendocrine cells, fatty liver, and elevated amounts of hepatic triglycerides, cholesteryl esters, and monounsaturated fatty acids. Lard- and bile acid-fed mice were characterized by shifts in dominant gut bacterial communities, including decreased relative abundances of Lachnospiraceae and increased occurrence of Desulfovibrionaceae and the species Clostridium lactatifermentans and Flintibacter butyricus. Metatranscriptomic analysis revealed shifts in microbial functions, including lipid and amino acid metabolism. Caution is required when interpreting data from diet-induced obesity models due to varying effects of dietary fat source. Detrimental metabolic consequences of a diet enriched with lard and primary bile acids were dependent on microbial colonization of the host and were linked to hepatic lipid rearrangements and to alterations of dominant bacterial communities in the cecum.

Intestinal inflammation shifts microbiota composition and metabolism. How the host monitors and responds to such changes remains unclear. Here, we describe a protective mechanism by which mucosal-associated invariant T (MAIT) cells detect microbiota metabolites produced upon intestinal inflammation and promote tissue repair. At steady state, MAIT ligands derived from the riboflavin biosynthesis pathway were produced by aerotolerant bacteria residing in the colonic mucosa. Experimental colitis triggered luminal expansion of riboflavin-producing bacteria, leading to increased production of MAIT ligands. Modulation of intestinal oxygen levels suggested a role for oxygen in inducing MAIT ligand production. MAIT ligands produced in the colon rapidly crossed the intestinal barrier and activated MAIT cells, which expressed tissue-repair genes and produced barrier-promoting mediators during colitis. Mice lacking MAIT cells were more susceptible to colitis and colitis-driven colorectal cancer. Thus, MAIT cells are sensitive to a bacterial metabolic pathway indicative of intestinal inflammation.

The health and well-being of a host are deeply influenced by the interactions with its gut microbiota. Contrasted environmental conditions, such as diseases or dietary habits, play a pivotal role in modulating these interactions, impacting microbiota composition and functionality. Such conditions can also lead to transitions from beneficial to detrimental symbiosis, viewed as alternative stable states of the host–microbiota dialogue. This article introduces a novel mathematical model exploring host–microbiota interactions, integrating dynamics of the colonic epithelial crypt, microbial metabolic functions, inflammation sensitivity and colon flows in a transverse section. The model considers metabolic shifts in epithelial cells based on butyrate and hydrogen sulfide concentrations, innate immune pattern recognition receptor activation, microbial oxygen tolerance and the impact of antimicrobial peptides on the microbiota. Using the model, we demonstrated that a high-protein, low-fibre diet exacerbates detrimental interactions and compromises beneficial symbiotic resilience, underscoring a destabilizing effect towards an unhealthy state. Moreover, the proposed model provides essential insights into oxygen levels, fibre and protein breakdown, and basic mechanisms of innate immunity in the colon and offers a crucial understanding of factors influencing the colon environment.

Background: The gut microbiome is an important determinant of human health. Its composition has been shown to be influenced by multiple environmental factors and likely by host genetic variation. In the framework of the Milieu Intérieur Consortium, a total of 1,000 healthy individuals of western European ancestry, with a 1:1 sex ratio and evenly stratified across five decades of life (age 20 - 69), were recruited. We generated 16S ribosomal RNA profiles from stool samples for 858 participants. We investigated genetic and non-genetic factors that contribute to individual differences in fecal microbiome composition. Results: Among 110 demographic, clinical and environmental factors, 11 were identified as significantly correlated with α-diversity, β-diversity or abundance of specific microbial communities in multivariable models. Age and blood alanine aminotransferase levels showed the strongest associations with microbiome diversity. In total, all non-genetic factors explained 16.4% of the variance. We then searched for associations between >5 million single nucleotide polymorphisms and the same indicators of fecal microbiome diversity, including the significant non-genetic factors as covariates. No genome-wide significant associations were identified after correction for multiple testing. A small fraction of previously reported associations between human genetic variants and specific taxa could be replicated in our cohort, while no replication was observed for any of the diversity metrics. Conclusion: In a well-characterized cohort of healthy individuals, we identified several non-genetic variables associated with fecal microbiome diversity. In contrast, host genetics only had a negligible influence. Demographic and environmental factors are thus the main contributors to fecal microbiome composition in healthy individuals.