Abstract Bone homeostasis is maintained by osteoclast-mediated bone resorption and osteoblast-mediated bone formation. A dramatic decrease in estrogen levels in postmenopausal women leads to osteoclast overactivation, impaired bone homeostasis, and subsequent bone loss. Changes in the gut microbiome affect bone mineral density. However, the role of the gut microbiome in estrogen deficiency-induced bone loss remains unknown. In this study, we found that the abundance of Clostridium sporogenes ( C. spor. ) and its derived metabolite, indole propionic acid (IPA), were decreased in ovariectomized (OVX) mice. In vitro assays suggested that IPA suppressed osteoclast differentiation and function. At the molecular level, IPA suppressed receptor activator of nuclear factor kappa-Β ligand-induced pregnane X receptor (PXR) ubiquitination, leading to the degradation of PXR and release of its binding p65. In vivo daily IPA administration or repeated C. spor. colonization protected against OVX-induced bone loss. To protect live bacteria from the harsh gastric environment and delay the emptying of orally administered C. spor. from the intestine, a C. spor. -encapsulated silk fibroin (SF) hydrogel system was developed, which achieved bone protection in OVX mice comparable to that achieved with repeated germ transplantation or daily IPA administration. Overall, we found that gut C. spor.- derived IPA was involved in estrogen deficiency-induced osteoclast overactivation by regulating the PXR/p65 complex. The C. spor .-encapsulated SF hydrogel system is a promising tool for combating postmenopausal osteoporosis without the disadvantages of repeated germ transplantation.

ABSTRACT Nanopore sequencing, a third-generation sequencing technology, has revolutionized the gene sequencing industry with its advantages of long reads, fast speed, real-time sequencing and analysis, and potential in detecting base modifications. This technology allows researchers to sequence longer DNA fragments in a single read, providing more comprehensive genomic information compared to previous methods. Nanopore sequencing operates on electrical signals generated by a nanopore embedded in a membrane separating two electrolyte-filled chambers. When single-stranded DNA (ssDNA) passes through the nanopore, it creates variations in the current that correspond to different DNA bases. By analyzing these current fluctuations with machine learning algorithms, the DNA sequence can be determined. In this study, we introduced several improvements to nanopore sequencing, including nanopore local chemistry sequencing, novel motor and pore proteins, chip design, and basecalling algorithms. Our new nanopore sequencing platform, CycloneSEQ, demonstrated long-duration sequencing (107 hours) on a single chip with high yield (>50 Gb). In human genomic DNA sequencing, CycloneSEQ was able to produce long reads with N50 33.6 kb and modal identity 97.0%. Preliminary findings on human whole-genome de novo assembly, variant calling, metagenomics sequencing, and single-cell RNA sequencing have further highlighted CycloneSEQ’s potential across different areas of genomics.