OBJECTIVE: Oral vaccine efficacy is low in less-developed countries, perhaps due to intestinal dysbiosis. This study determined if stool microbiota composition predicted infant oral and parenteral vaccine responses. METHODS: The stool microbiota of 48 Bangladeshi infants was characterized at 6, 11, and 15 weeks of age by amplification and sequencing of the 16S ribosomal RNA gene V4 region and by Bifidobacterium-specific, quantitative polymerase chain reaction. Responses to oral polio virus (OPV), bacille Calmette-Guérin (BCG), tetanus toxoid (TT), and hepatitis B virus vaccines were measured at 15 weeks by using vaccine-specific T-cell proliferation for all vaccines, the delayed-type hypersensitivity skin-test response for BCG, and immunoglobulin G responses using the antibody in lymphocyte supernatant method for OPV, TT, and hepatitis B virus. Thymic index (TI) was measured by ultrasound. RESULTS: Actinobacteria (predominantly Bifidobacterium longum subspecies infantis) dominated the stool microbiota, with Proteobacteria and Bacteroidetes increasing by 15 weeks. Actinobacteria abundance was positively associated with T-cell responses to BCG, OPV, and TT; with the delayed-type hypersensitivity response; with immunoglobulin G responses; and with TI. B longum subspecies infantis correlated positively with TI and several vaccine responses. Bacterial diversity and abundance of Enterobacteriales, Pseudomonadales, and Clostridiales were associated with neutrophilia and lower vaccine responses. CONCLUSIONS: Bifidobacterium predominance may enhance thymic development and responses to both oral and parenteral vaccines early in infancy, whereas deviation from this pattern, resulting in greater bacterial diversity, may cause systemic inflammation (neutrophilia) and lower vaccine responses. Vaccine responsiveness may be improved by promoting intestinal bifidobacteria and minimizing dysbiosis early in infancy.

Over half of all children with autism spectrum disorders (ASD) have gastrointestinal (GI) co-morbidities including chronic constipation, diarrhea, and irritable bowel syndrome. The severity of these symptoms has been correlated with the degree of GI microbial dysbiosis. The study objective was to assess tolerability of a probiotic (Bifidobacterium infantis) in combination with a bovine colostrum product (BCP) as a source of prebiotic oligosaccharides and to evaluate GI, microbiome and immune factors in children with ASD and GI co-morbidities. This pilot study is a randomized, double blind, controlled trial of combination treatment (BCP + B. infantis) vs. BCP alone in a cross-over study in children ages 2–11 with ASD and GI co-morbidities (n = 8). This 12-week study included 5 weeks of probiotic-prebiotic supplementation, followed by a two-week washout period, and 5 weeks of prebiotic only supplementation. The primary outcome of tolerability was assessed using validated questionnaires of GI function and atypical behaviors, along with side effects. Results suggest that the combination treatment is well-tolerated in this cohort. The most common side effect was mild gassiness. Some participants on both treatments saw a reduction in the frequency of certain GI symptoms, as well as reduced occurrence of particular aberrant behaviors. Improvement may be explained by a reduction in IL-13 and TNF-α production in some participants. Although limited conclusions can be drawn from this small pilot study, the results support the need for further research into the efficacy of these treatments.

ABSTRACT Members of the mammalian gut microbiota metabolize diverse complex carbohydrates that are not digested by the host, which are collectively labeled “dietary fiber.” While the enzymes and transporters that each strain uses to establish a nutrient niche in the gut are often exquisitely specific, the relationship between carbohydrate structure and microbial ecology is imperfectly understood. The present study takes advantage of recent advances in complex carbohydrate structure determination to test the effects of fiber monosaccharide composition on microbial fermentation. Fifty-five fibers with varied monosaccharide composition were fermented by a pooled feline fecal inoculum in a modified MiniBioReactor array system over a period of 72 hours. The content of the monosaccharides glucose and xylose was significantly associated with the reduction of pH during fermentation, which was also predictable from the concentrations of the short-chain fatty acids lactic acid, propionic acid, and the signaling molecule indole-3-acetic acid. Microbiome diversity and composition were also predictable from monosaccharide content and SCFA concentration. In particular, the concentrations of lactic acid and propionic acid correlated with final alpha diversity and were significantly associated with the relative abundance of several of the genera, including Lactobacillus and Dubosiella . Our results suggest that monosaccharide composition offers a generalizable method to compare any dietary fiber of interest and uncover links between diet, gut microbiota, and metabolite production. IMPORTANCE The survival of a microbial species in the gut depends on the availability of the nutrients necessary for that species to survive. Carbohydrates in the form of non-host digestible fiber are of particular importance, and the set of genes possessed by each species for carbohydrate consumption can vary considerably. Here, differences in the monosaccharides that are the building blocks of fiber are considered for their impact on both the survival of different species of microbes and on the levels of microbial fermentation products produced. This work demonstrates that foods with similar monosaccharide content will have consistent effects on the survival of microbial species and on the production of microbial fermentation products.