Abstract The gastrointestinal (GI) microbiome contributes significantly to host nutrition and health. However, relationships involving GI microbes, their hosts and host macrohabitats remain to be established. Here, we define clear patterns of variation in the GI microbiomes of six groups of Mexican black howler monkeys (Alouatta pigra) occupying a gradation of habitats including a continuous evergreen rainforest, an evergreen rainforest fragment, a continuous semi-deciduous forest and captivity. High throughput microbial 16S ribosomal RNA gene sequencing indicated that diversity, richness and composition of howler GI microbiomes varied with host habitat in relation to diet. Howlers occupying suboptimal habitats consumed less diverse diets and correspondingly had less diverse gut microbiomes. Quantitative real-time PCR also revealed a reduction in the number of genes related to butyrate production and hydrogen metabolism in the microbiomes of howlers occupying suboptimal habitats, which may impact host health.

The complex microbiome of the rumen functions as an effective system for the conversion of plant cell wall biomass to microbial protein, short chain fatty acids, and gases. As such, it provides a unique genetic resource for plant cell wall degrading microbial enzymes that could be used in the production of biofuels. The rumen and gastrointestinal tract harbor a dense and complex microbiome. To gain a greater understanding of the ecology and metabolic potential of this microbiome, we used comparative metagenomics (phylotype analysis and SEED subsystems-based annotations) to examine randomly sampled pyrosequence data from 3 fiber-adherent microbiomes and 1 pooled liquid sample (a mixture of the liquid microbiome fractions from the same bovine rumens). Even though the 3 animals were fed the same diet, the community structure, predicted phylotype, and metabolic potentials in the rumen were markedly different with respect to nutrient utilization. A comparison of the glycoside hydrolase and cellulosome functional genes revealed that in the rumen microbiome, initial colonization of fiber appears to be by organisms possessing enzymes that attack the easily available side chains of complex plant polysaccharides and not the more recalcitrant main chains, especially cellulose. Furthermore, when compared with the termite hindgut microbiome, there are fundamental differences in the glycoside hydrolase content that appear to be diet driven for either the bovine rumen (forages and legumes) or the termite hindgut (wood).

Purpose Exercise is associated with altered gut microbial composition, but studies have not investigated whether the gut microbiota and associated metabolites are modulated by exercise training in humans. We explored the impact of 6 wk of endurance exercise on the composition, functional capacity, and metabolic output of the gut microbiota in lean and obese adults with multiple-day dietary controls before outcome variable collection. Methods Thirty-two lean (n = 18 [9 female]) and obese (n = 14 [11 female]), previously sedentary subjects participated in 6 wk of supervised, endurance-based exercise training (3 d·wk−1) that progressed from 30 to 60 min·d−1 and from moderate (60% of HR reserve) to vigorous intensity (75% HR reserve). Subsequently, participants returned to a sedentary lifestyle activity for a 6-wk washout period. Fecal samples were collected before and after 6 wk of exercise, as well as after the sedentary washout period, with 3-d dietary controls in place before each collection. Results β-diversity analysis revealed that exercise-induced alterations of the gut microbiota were dependent on obesity status. Exercise increased fecal concentrations of short-chain fatty acids in lean, but not obese, participants. Exercise-induced shifts in metabolic output of the microbiota paralleled changes in bacterial genes and taxa capable of short-chain fatty acid production. Lastly, exercise-induced changes in the microbiota were largely reversed once exercise training ceased. Conclusion These findings suggest that exercise training induces compositional and functional changes in the human gut microbiota that are dependent on obesity status, independent of diet and contingent on the sustainment of exercise.

Ruminants have the remarkable ability to convert human-indigestible plant biomass into human-digestible food products, due to a complex microbiome residing in the rumen compartment of their upper digestive tract. Here we report the discovery that rumen microbiome components are tightly linked to cows' ability to extract energy from their feed, termed feed efficiency. Feed efficiency was measured in 146 milking cows and analyses of the taxonomic composition, gene content, microbial activity and metabolomic composition was performed on the rumen microbiomes from the 78 most extreme animals. Lower richness of microbiome gene content and taxa was tightly linked to higher feed efficiency. Microbiome genes and species accurately predicted the animals' feed efficiency phenotype. Specific enrichment of microbes and metabolic pathways in each of these microbiome groups resulted in better energy and carbon channeling to the animal, while lowering methane emissions to the atmosphere. This ecological and mechanistic understanding of the rumen microbiome could lead to an increase in available food resources and environmentally friendly livestock agriculture.

Ruminants are completely dependent on their microbiota for feed digestion and consequently, their viability. It is therefore tempting to hypothesize a connection between the composition and abundance of resident rumen bacterial taxa and the physiological parameters of the host. Using a pyrosequencing approach, we characterized the rumen bacterial community composition in 15 dairy cows and their physiological parameters. We analyzed the degree of divergence between the different animals and found that some physiological parameters, such as milk yield and composition, are highly correlated with the abundance of various bacterial members of the rumen microbiome. One apparent finding was a strong correlation between the ratio of the phyla Firmicutes to Bacteroidetes and milk-fat yield. These findings paralleled human studies showing similar trends of increased adiposity with an increase in Bacteroidetes. This correlation remained evident at the genus level, where several genera showed correlations with the animals' physiological parameters. This suggests that the bacterial community has a role in shaping host physiological parameters. A deeper understanding of this process may allow us to modulate the rumen microbiome for better agricultural yield through bacterial community design.

This study is the first to use a metagenomics approach to characterize the phylogeny and functional capacity of the canine gastrointestinal microbiome. Six healthy adult dogs were used in a crossover design and fed a low-fiber control diet (K9C) or one containing 7.5% beet pulp (K9BP). Pooled fecal DNA samples from each treatment were subjected to 454 pyrosequencing, generating 503,280 (K9C) and 505,061 (K9BP) sequences. Dominant bacterial phyla included the Bacteroidetes/Chlorobi group and Firmicutes, both of which comprised ∼35% of all sequences, followed by Proteobacteria (13-15%) and Fusobacteria (7-8%). K9C had a greater percentage of Bacteroidetes, Fusobacteria and Proteobacteria, whereas K9BP had greater proportions of the Bacteroidetes/Chlorobi group and Firmicutes. Archaea were not altered by diet and represented ∼1% of all sequences. All archaea were members of Crenarchaeota and Euryarchaeota, with methanogens being the most abundant and diverse. Three fungi phylotypes were present in K9C, but none in K9BP. Less than 0.4% of sequences were of viral origin, with >99% of them associated with bacteriophages. Primary functional categories were not significantly affected by diet and were associated with carbohydrates; protein metabolism; DNA metabolism; cofactors, vitamins, prosthetic groups and pigments; amino acids and derivatives; cell wall and capsule; and virulence. Hierarchical clustering of several gastrointestinal metagenomes demonstrated phylogenetic and metabolic similarity between dogs, humans and mice. More research is required to provide deeper coverage of the canine microbiome, evaluate effects of age, genetics or environment on its composition and activity, and identify its role in gastrointestinal disease.