A decade ago, the Gene Expression Omnibus (GEO) database was established at the National Center for Biotechnology Information (NCBI). The original objective of GEO was to serve as a public repository for high-throughput gene expression data generated mostly by microarray technology. However, the research community quickly applied microarrays to non-gene-expression studies, including examination of genome copy number variation and genome-wide profiling of DNA-binding proteins. Because the GEO database was designed with a flexible structure, it was possible to quickly adapt the repository to store these data types. More recently, as the microarray community switches to next-generation sequencing technologies, GEO has again adapted to host these data sets. Today, GEO stores over 20 000 microarray- and sequence-based functional genomics studies, and continues to handle the majority of direct high-throughput data submissions from the research community. Multiple mechanisms are provided to help users effectively search, browse, download and visualize the data at the level of individual genes or entire studies. This paper describes recent database enhancements, including new search and data representation tools, as well as a brief review of how the community uses GEO data. GEO is freely accessible at http://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/ .

The Gene Expression Omnibus (GEO) at the National Center for Biotechnology Information (NCBI) is the largest public repository for high-throughput gene expression data. Additionally, GEO hosts other categories of high-throughput functional genomic data, including those that examine genome copy number variations, chromatin structure, methylation status and transcription factor binding. These data are generated by the research community using high-throughput technologies like microarrays and, more recently, next-generation sequencing. The database has a flexible infrastructure that can capture fully annotated raw and processed data, enabling compliance with major community-derived scientific reporting standards such as ‘Minimum Information About a Microarray Experiment’ (MIAME). In addition to serving as a centralized data storage hub, GEO offers many tools and features that allow users to effectively explore, analyze and download expression data from both gene-centric and experiment-centric perspectives. This article summarizes the GEO repository structure, content and operating procedures, as well as recently introduced data mining features. GEO is freely accessible at http://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/.

The brain-gut axis is a key regulator of normal intestinal physiology; for example, psychological stress is linked to altered gut barrier function, development of food allergies and changes in behaviour. Whether intestinal events, such as enteric bacterial infections and bacterial colonisation, exert a reciprocal effect on stress-associated behaviour is not well established.To determine the effects of either acute enteric infection or absence of gut microbiota on behaviour, including anxiety and non-spatial memory formation.Behaviour was assessed following infection with the non-invasive enteric pathogen, Citrobacter rodentium in both C57BL/6 mice and germ-free Swiss-Webster mice, in the presence or absence of acute water avoidance stress. Whether daily treatment with probiotics normalised behaviour was assessed, and potential mechanisms of action evaluated.No behavioural abnormalities were observed, either at the height of infection (10 days) or following bacterial clearance (30 days), in C rodentium-infected C57BL/6 mice. When infected mice were exposed to acute stress, however, memory dysfunction was apparent after infection (10 days and 30 days). Memory dysfunction was prevented by daily treatment of infected mice with probiotics. Memory was impaired in germ-free mice, with or without exposure to stress, in contrast to conventionally reared, control Swiss-Webster mice with an intact intestinal microbiota.The intestinal microbiota influences the ability to form memory. Memory dysfunction occurs in infected mice exposed to acute stress, while in the germ-free setting memory is altered at baseline.

Indigenous microbiota are an essential component in the modern concept of human health, but the composition and functional characteristics of a healthy microbiome remain to be precisely defined. Patterns of microbial colonization associated with disease states have been documented, but the health-associated microbial patterns and their functional characteristics are less clear. A healthy microbiome, considered in the context of body habitat or body site, could be described in terms of ecologic stability (i.e., ability to resist community structure change under stress or to rapidly return to baseline following a stress-related change), by an idealized (presumably health-associated) composition or by a desirable functional profile (including metabolic and trophic provisions to the host). Elucidation of the properties of healthy microbiota would provide a target for dietary interventions and/or microbial modifications aimed at sustaining health in generally healthy populations and improving the health of individuals exhibiting disrupted microbiota and associated diseases. Indigenous microbiota are an essential component in the modern concept of human health, but the composition and functional characteristics of a healthy microbiome remain to be precisely defined. Patterns of microbial colonization associated with disease states have been documented, but the health-associated microbial patterns and their functional characteristics are less clear. A healthy microbiome, considered in the context of body habitat or body site, could be described in terms of ecologic stability (i.e., ability to resist community structure change under stress or to rapidly return to baseline following a stress-related change), by an idealized (presumably health-associated) composition or by a desirable functional profile (including metabolic and trophic provisions to the host). Elucidation of the properties of healthy microbiota would provide a target for dietary interventions and/or microbial modifications aimed at sustaining health in generally healthy populations and improving the health of individuals exhibiting disrupted microbiota and associated diseases.

Colonization of the gastric antrum by Helicobacter pylori (formerly Campylobacter pylori) has been associated with primary gastritis. We determined the frequency of colonization by H. pylori in gastric-antrum biopsy specimens from 93 children undergoing gastroscopy for the evaluation of upper gastrointestinal symptoms. We also determined H. pylori IgG antibody levels by enzyme-linked immunosorbent assay in coded serum samples from these children, family members, and control subjects of comparable ages.

Background:

 We previously showed that neonatal maternal separation (MS) of rat pups causes immediate and long-term changes in intestinal physiology. 

Aim:

 To examine if administration of probiotics affects MS-induced gut dysfunction. 

Methods:

 MS pups were separated from the dam for 3 h/day from days 4 to 19; non-separated (NS) pups served as controls. Twice per day during the separation period, 10⁸ probiotic organisms (two strains of Lactobacillus species) were administered to MS and NS pups; vehicle-treated pups received saline. Studies were conducted on day 20, when blood was collected for corticosterone measurement as an indication of hypothalamus–pituitary–adrenal (HPA) axis activity, and colonic function was studied in tissues mounted in Ussing chambers. Ion transport was indicated by baseline and stimulated short-circuit current (Isc); macromolecular permeability was measured by flux of horseradish peroxidase (HRP) across colonic tissues; and bacterial adherence/penetration into the mucosa was quantified by culturing tissues in selective media. Colonic function and host defence were also evaluated at day 60. 

Results:

 Isc and HRP flux were significantly higher in the colon of MS versus NS pups. There was increased adhesion/penetration of total bacteria in MS pups, but a significant reduction in Lactobacillus species. Probiotic administration ameliorated the MS-induced gut functional abnormalities and bacterial adhesion/penetration at both day 20 and 60, and reduced the elevated corticosterone levels at day 20. 

Conclusions:

 The results indicate that altered enteric flora are responsible for colonic pathophysiology. Probiotics improve gut dysfunction induced by MS, at least in part by normalisation of HPA axis activity.

Background and aim: Chronic psychological stress, including water avoidance stress (WAS), induces intestinal mucosal barrier dysfunction and impairs mucosal defences against luminal bacteria. The aim of this study was to determine the ability of a defined probiotic regimen to prevent WAS induced intestinal pathophysiology. Methods: Male rats were subjected to either WAS or sham stress for one hour per day for 10 consecutive days. Additional animals received seven days of Lactobacillus helveticus and L rhamnosus in the drinking water prior to stress and remained on these probiotics for the duration of the study. Rats were then sacrificed, intestinal segments assessed in Ussing chambers, and mesenteric lymph nodes cultured to determine bacterial translocation. Results: All animals remained healthy for the duration of the study. Chronic WAS induced excess ion secretion (elevated baseline short circuit current) and barrier dysfunction (increased conductance) in both the ileum and colon, associated with increased bacterial adhesion and penetration into surface epithelial cells. Approximately 70% of rats subjected to WAS had bacterial translocation to mesenteric lymph nodes while there was no bacterial translocation in controls. Probiotic pretreatment alone had no effect on intestinal barrier function. However, WAS induced increased ileal short circuit current was reduced with probiotics whereas there was no impact on altered conductance. Pretreatment of animals with probiotics also completely abrogated WAS induced bacterial adhesion and prevented translocation of bacteria to mesenteric lymph nodes. Conclusion: These findings indicate that probiotics can prevent chronic stress induced intestinal abnormalities and, thereby, exert beneficial effects in the intestinal tract.

We investigated the presence of Campylobacter pylori colonization of the gastric mucosa and of histologic evidence of gastritis in a prospective study of 71 consecutive children undergoing upper gastrointestinal tract endoscopy and gastric biopsies because of gastrointestinal symptoms. Two tissue samples from the gastric antrum were obtained from 67 of the 71 children (mean age [+/- SD], 11.4 +/- 3.8 years). One sample was evaluated for evidence of gastritis and stained with silver to detect organisms morphologically resembling campylobacter. The second sample was cultured for C. pylori, and a portion was used to perform a urease-screening test for the presence of C. pylori. Antral gastritis was diagnosed histologically in 18 of 67 patients. C. pylori was identified by both culture and silver staining on the antral mucosa in 7 of 10 patients with unexplained gastritis (primary gastritis) but in none of 8 patients with gastritis associated with an identifiable underlying cause (secondary gastritis). C. pylori was not identified in any of the 49 cases with normal histologic features. The urease-screening test was positive in only three of six patients with a positive culture for C. pylori. Duodenal ulcers were diagnosed by endoscopy in five patients. Each of the five had C. pylori on the antral mucosa, but organisms were not identified on the duodenal mucosa. We conclude that the presence of C. pylori on the antral mucosa is specifically associated with primary antral gastritis and may also be associated with primary duodenal ulceration.

The gut microflora in some patients with Crohn's disease can be reduced in numbers of butyrate-producing bacteria and this could result in metabolic stress in the colonocytes. Thus, we hypothesized that the short-chain fatty acid, butyrate, is important in the maintenance and regulation of the barrier function of the colonic epithelium.Confluent monolayers of the human colon-derived T84 or HT-29 epithelial cell lines were exposed to dinitrophenol (DNP (0.1 mM), uncouples oxidative phosphorylation) + Escherichia coli (strain HB101, 10(6) cfu) +/- butyrate (3-50 mM). Transepithelial resistance (TER), and bacterial internalization and translocation were assessed over a 24-hour period. Epithelial ultrastructure was assessed by transmission electron microscopy.Epithelia under metabolic stress display decreased TER and increased numbers of pseudopodia that is consistent with increased internalization and translocation of the E. coli. Butyrate (but not acetate) significantly reduced the bacterial translocation across DNP-treated epithelia but did not ameliorate the drop in TER in the DNP+E. coli exposed monolayers. Inhibition of bacterial transcytosis across metabolically stressed epithelia was associated with reduced I-kappaB phosphorylation and hence NF-kappaB activation.Reduced butyrate-producing bacteria could result in increased epithelial permeability particularly in the context of concomitant exposure to another stimulus that reduces mitochondria function. We speculate that prebiotics, the substrate for butyrate synthesis, is a valuable prophylaxis in the regulation of epithelial permeability and could be of benefit in preventing relapses in IBD.

Obesity and diabetes are characterized by increased inflammation reflecting disordered control of innate immunity. We reveal a local intestinal intraepithelial lymphocyte (IEL)-GLP-1 receptor (GLP-1R) signaling network that controls mucosal immune responses. Glp1r expression was enriched in intestinal IEL preparations and copurified with markers of Tαβ and Tγδ IELs, the two main subsets of intestinal IELs. Exendin-4 increased cAMP accumulation in purified IELs and reduced the production of cytokines from activated IELs but not from splenocytes ex vivo. These actions were mimicked by forskolin, absent in IELs from Glp1r−/− mice, and attenuated by the GLP-1R agonist exendin (9-39) consistent with a GLP-1R–dependent mechanism of action. Furthermore, Glp1r−/− mice exhibited dysregulated intestinal gene expression, an abnormal representation of microbial species in feces, and enhanced sensitivity to intestinal injury following administration of dextran sodium sulfate. Bone marrow transplantation using wild-type C57BL/6 donors normalized expression of multiple genes regulating immune function and epithelial integrity in Glp1r−/− recipient mice, whereas acute exendin-4 administration robustly induced the expression of genes encoding cytokines and chemokines in normal and injured intestine. Taken together, these findings define a local enteroendocrine-IEL axis linking energy availability, host microbial responses, and mucosal integrity to the control of innate immunity.