Another benefit of dietary fiber The gut microbiome can modulate the immune system and influence the therapeutic response of cancer patients, yet the mechanisms underlying the effects of microbiota are presently unclear. Spencer et al . add to our understanding of how dietary habits affect microbiota and clinical outcomes to immunotherapy. In an observational study, the researchers found that melanoma patients reporting high fiber (prebiotic) consumption had a better response to checkpoint inhibitor immunotherapy compared with those patients reporting a low-fiber diet. The most marked benefit was observed for those patients reporting a combination of high fiber consumption and no use of over-the-counter probiotic supplements. These findings provide early insights as to how diet-related factors may influence the immune response. —PNK

The tumor microenvironment (TME) influences cancer progression and therapy response. Therefore, understanding what regulates the TME immune compartment is vital. Here we show that microbiota signals program mononuclear phagocytes in the TME toward immunostimulatory monocytes and dendritic cells (DCs). Single-cell RNA sequencing revealed that absence of microbiota skews the TME toward pro-tumorigenic macrophages. Mechanistically, we show that microbiota-derived stimulator of interferon genes (STING) agonists induce type I interferon (IFN-I) production by intratumoral monocytes to regulate macrophage polarization and natural killer (NK) cell-DC crosstalk. Microbiota modulation with a high-fiber diet triggered the intratumoral IFN-I-NK cell-DC axis and improved the efficacy of immune checkpoint blockade (ICB). We validated our findings in individuals with melanoma treated with ICB and showed that the predicted intratumoral IFN-I and immune compositional differences between responder and non-responder individuals can be transferred by fecal microbiota transplantation. Our study uncovers a mechanistic link between the microbiota and the innate TME that can be harnessed to improve cancer therapies.

Even among genetically identical cancer cells, resistance to therapy frequently emerges from a small subset of those cells1-7. Molecular differences in rare individual cells in the initial population enable certain cells to become resistant to therapy7-9; however, comparatively little is known about the variability in the resistance outcomes. Here we develop and apply FateMap, a framework that combines DNA barcoding with single-cell RNA sequencing, to reveal the fates of hundreds of thousands of clones exposed to anti-cancer therapies. We show that resistant clones emerging from single-cell-derived cancer cells adopt molecularly, morphologically and functionally distinct resistant types. These resistant types are largely predetermined by molecular differences between cells before drug addition and not by extrinsic factors. Changes in the dose and type of drug can switch the resistant type of an initial cell, resulting in the generation and elimination of certain resistant types. Samples from patients show evidence for the existence of these resistant types in a clinical context. We observed diversity in resistant types across several single-cell-derived cancer cell lines and cell types treated with a variety of drugs. The diversity of resistant types as a result of the variability in intrinsic cell states may be a generic feature of responses to external cues.