A mosaic of cross-phylum chemical interactions occurs between all metazoans and their microbiomes. A number of molecular families that are known to be produced by the microbiome have a marked effect on the balance between health and disease1–9. Considering the diversity of the human microbiome (which numbers over 40,000 operational taxonomic units10), the effect of the microbiome on the chemistry of an entire animal remains underexplored. Here we use mass spectrometry informatics and data visualization approaches11–13 to provide an assessment of the effects of the microbiome on the chemistry of an entire mammal by comparing metabolomics data from germ-free and specific-pathogen-free mice. We found that the microbiota affects the chemistry of all organs. This included the amino acid conjugations of host bile acids that were used to produce phenylalanocholic acid, tyrosocholic acid and leucocholic acid, which have not previously been characterized despite extensive research on bile-acid chemistry14. These bile-acid conjugates were also found in humans, and were enriched in patients with inflammatory bowel disease or cystic fibrosis. These compounds agonized the farnesoid X receptor in vitro, and mice gavaged with the compounds showed reduced expression of bile-acid synthesis genes in vivo. Further studies are required to confirm whether these compounds have a physiological role in the host, and whether they contribute to gut diseases that are associated with microbiome dysbiosis. Metabolomics data from germ-free and specific-pathogen-free mice reveal effects of the microbiome on host chemistry, identifying conjugations of bile acids that are also enriched in patients with inflammatory bowel disease or cystic fibrosis.

ABSTRACT Recent advances in barcoding technologies have significantly enhanced the scalability of single-cell genomic experiments. However, large-scale experiments are still rare due to high costs, complex logistics, and laborintensive procedures. To facilitate the routine application of the largest scalability, it is critical to simplify the production and use of barcoding reagents. Here, we introduce AmpliDrop, a technology that initiates the barcoding process using a pool of inexpensive single-copy barcodes and integrates barcode multiplicity generation with tagging of cellular content into a single reaction driven by DNA polymerase during library preparation. The barcoding reactions are compartmentalized using an electronic pipette or a robotic or standalone liquid handling system. These innovations eliminate the need for barcoded beads and complex combinatorial indexing workflows and provide flexibility for a wide range of scales and tube formats, as well as compatibility with automation. We show that AmpliDrop is capable of capturing transcriptomes and chromatin accessibility, and it can also be adapted for user-customized applications, including antibody-based protein detection, bacterial or viral DNA detection, and CRISPR perturbations without dual guide RNA-expression vectors. We validated AmpliDrop by investigating the influence of short-term static culturing on cell composition in human forebrain organoids, revealing metabolic reprogramming in lineage progenitors.