Summary

 The gut microbiota is central to human health, but its establishment in early life has not been quantitatively and functionally examined. Applying metagenomic analysis on fecal samples from a large cohort of Swedish infants and their mothers, we characterized the gut microbiome during the first year of life and assessed the impact of mode of delivery and feeding on its establishment. In contrast to vaginally delivered infants, the gut microbiota of infants delivered by C-section showed significantly less resemblance to their mothers. Nutrition had a major impact on early microbiota composition and function, with cessation of breast-feeding, rather than introduction of solid food, being required for maturation into an adult-like microbiota. Microbiota composition and ecological network had distinctive features at each sampled stage, in accordance with functional maturation of the microbiome. Our findings establish a framework for understanding the interplay between the gut microbiome and the human body in early life.

The gut microbiota has been linked to cardiovascular diseases. However, the composition and functional capacity of the gut microbiome in relation to cardiovascular diseases have not been systematically examined. Here, we perform a metagenome-wide association study on stools from 218 individuals with atherosclerotic cardiovascular disease (ACVD) and 187 healthy controls. The ACVD gut microbiome deviates from the healthy status by increased abundance of Enterobacteriaceae and Streptococcus spp. and, functionally, in the potential for metabolism or transport of several molecules important for cardiovascular health. Although drug treatment represents a confounding factor, ACVD status, and not current drug use, is the major distinguishing feature in this cohort. We identify common themes by comparison with gut microbiome data associated with other cardiometabolic diseases (obesity and type 2 diabetes), with liver cirrhosis, and rheumatoid arthritis. Our data represent a comprehensive resource for further investigations on the role of the gut microbiome in promoting or preventing ACVD as well as other related diseases.The gut microbiota may play a role in cardiovascular diseases. Here, the authors perform a metagenome-wide association study on stools from individuals with atherosclerotic cardiovascular disease and healthy controls, identifying microbial strains and functions associated with the disease.

Reports on bacteria detected in maternal fluids during pregnancy are typically associated with adverse consequences, and whether the female reproductive tract harbours distinct microbial communities beyond the vagina has been a matter of debate. Here we systematically sample the microbiota within the female reproductive tract in 110 women of reproductive age, and examine the nature of colonisation by 16S rRNA gene amplicon sequencing and cultivation. We find distinct microbial communities in cervical canal, uterus, fallopian tubes and peritoneal fluid, differing from that of the vagina. The results reflect a microbiota continuum along the female reproductive tract, indicative of a non-sterile environment. We also identify microbial taxa and potential functions that correlate with the menstrual cycle or are over-represented in subjects with adenomyosis or infertility due to endometriosis. The study provides insight into the nature of the vagino-uterine microbiome, and suggests that surveying the vaginal or cervical microbiota might be useful for detection of common diseases in the upper reproductive tract.Whether the female reproductive tract harbours distinct microbiomes beyond the vagina has been a matter of debate. Here, the authors show a subject-specific continuity in microbial communities at six sites along the female reproductive tract, indicative of a non-sterile environment.

More extensive use of metagenomic shotgun sequencing in microbiome research relies on the development of high-throughput, cost-effective sequencing. Here we present a comprehensive evaluation of the performance of the new high-throughput sequencing platform BGISEQ-500 for metagenomic shotgun sequencing and compare its performance with that of 2 Illumina platforms. Using fecal samples from 20 healthy individuals, we evaluated the intra-platform reproducibility for metagenomic sequencing on the BGISEQ-500 platform in a setup comprising 8 library replicates and 8 sequencing replicates. Cross-platform consistency was evaluated by comparing 20 pairwise replicates on the BGISEQ-500 platform vs the Illumina HiSeq 2000 platform and the Illumina HiSeq 4000 platform. In addition, we compared the performance of the 2 Illumina platforms against each other. By a newly developed overall accuracy quality control method, an average of 82.45 million high-quality reads (96.06% of raw reads) per sample, with 90.56% of bases scoring Q30 and above, was obtained using the BGISEQ-500 platform. Quantitative analyses revealed extremely high reproducibility between BGISEQ-500 intra-platform replicates. Cross-platform replicates differed slightly more than intra-platform replicates, yet a high consistency was observed. Only a low percentage (2.02%–3.25%) of genes exhibited significant differences in relative abundance comparing the BGISEQ-500 and HiSeq platforms, with a bias toward genes with higher GC content being enriched on the HiSeq platforms. Our study provides the first set of performance metrics for human gut metagenomic sequencing data using BGISEQ-500. The high accuracy and technical reproducibility confirm the applicability of the new platform for metagenomic studies, though caution is still warranted when combining metagenomic data from different platforms.

Abstract Antidiabetic medication may modulate the gut microbiota and thereby alter plasma and faecal bile acid (BA) composition, which may improve metabolic health. Here we show that treatment with Acarbose, but not Glipizide, increases the ratio between primary BAs and secondary BAs and plasma levels of unconjugated BAs in treatment-naive type 2 diabetes (T2D) patients, which may beneficially affect metabolism. Acarbose increases the relative abundances of Lactobacillus and Bifidobacterium in the gut microbiota and depletes Bacteroides , thereby changing the relative abundance of microbial genes involved in BA metabolism. Treatment outcomes of Acarbose are dependent on gut microbiota compositions prior to treatment. Compared to patients with a gut microbiota dominated by Prevotella , those with a high abundance of Bacteroides exhibit more changes in plasma BAs and greater improvement in metabolic parameters after Acarbose treatment. Our work highlights the potential for stratification of T2D patients based on their gut microbiota prior to treatment.

The gut microbiota has been typically viewed as an environmental factor for human health. Twins are well suited for investigating the concordance of their gut microbiomes and decomposing genetic and environmental influences. However, existing twin studies utilizing metagenomic shotgun sequencing have included only a few samples. Here, we sequenced fecal samples from 250 adult twins in the TwinsUK registry and constructed a comprehensive gut microbial reference gene catalog. We demonstrate heritability of many microbial taxa and functional modules in the gut microbiome, including those associated with diseases. Moreover, we identified 8 million SNPs in the gut microbiome and observe a high similarity in microbiome SNPs between twins that slowly decreases after decades of living apart. The results shed new light on the genetic and environmental influences on the composition and function of the gut microbiome that could relate to risk of complex diseases.