Background Age-related physiological changes in the gastrointestinal tract, as well as modifications in lifestyle, nutritional behaviour, and functionality of the host immune system, inevitably affect the gut microbiota, resulting in a greater susceptibility to infections. Methodology/Principal Findings By using the Human Intestinal Tract Chip (HITChip) and quantitative PCR of 16S rRNA genes of Bacteria and Archaea, we explored the age-related differences in the gut microbiota composition among young adults, elderly, and centenarians, i.e subjects who reached the extreme limits of the human lifespan, living for over 100 years. We observed that the microbial composition and diversity of the gut ecosystem of young adults and seventy-years old people is highly similar but differs significantly from that of the centenarians. After 100 years of symbiotic association with the human host, the microbiota is characterized by a rearrangement in the Firmicutes population and an enrichment in facultative anaerobes, notably pathobionts. The presence of such a compromised microbiota in the centenarians is associated with an increased inflammatory status, also known as inflammageing, as determined by a range of peripheral blood inflammatory markers. This may be explained by a remodelling of the centenarians' microbiota, with a marked decrease in Faecalibacterium prauznitzii and relatives, symbiotic species with reported anti-inflammatory properties. As signature bacteria of the long life we identified specifically Eubacterium limosum and relatives that were more than ten-fold increased in the centenarians. Conclusions/Significance We provide evidence for the fact that the ageing process deeply affects the structure of the human gut microbiota, as well as its homeostasis with the host's immune system. Because of its crucial role in the host physiology and health status, age-related differences in the gut microbiota composition may be related to the progression of diseases and frailty in the elderly population.

Background Variations in the composition of the human intestinal microbiota are linked to diverse health conditions. High-throughput molecular technologies have recently elucidated microbial community structure at much higher resolution than was previously possible. Here we compare two such methods, pyrosequencing and a phylogenetic array, and evaluate classifications based on two variable 16S rRNA gene regions. Methods and Findings Over 1.75 million amplicon sequences were generated from the V4 and V6 regions of 16S rRNA genes in bacterial DNA extracted from four fecal samples of elderly individuals. The phylotype richness, for individual samples, was 1,400–1,800 for V4 reads and 12,500 for V6 reads, and 5,200 unique phylotypes when combining V4 reads from all samples. The RDP-classifier was more efficient for the V4 than for the far less conserved and shorter V6 region, but differences in community structure also affected efficiency. Even when analyzing only 20% of the reads, the majority of the microbial diversity was captured in two samples tested. DNA from the four samples was hybridized against the Human Intestinal Tract (HIT) Chip, a phylogenetic microarray for community profiling. Comparison of clustering of genus counts from pyrosequencing and HITChip data revealed highly similar profiles. Furthermore, correlations of sequence abundance and hybridization signal intensities were very high for lower-order ranks, but lower at family-level, which was probably due to ambiguous taxonomic groupings. Conclusions The RDP-classifier consistently assigned most V4 sequences from human intestinal samples down to genus-level with good accuracy and speed. This is the deepest sequencing of single gastrointestinal samples reported to date, but microbial richness levels have still not leveled out. A majority of these diversities can also be captured with five times lower sampling-depth. HITChip hybridizations and resulting community profiles correlate well with pyrosequencing-based compositions, especially for lower-order ranks, indicating high robustness of both approaches. However, incompatible grouping schemes make exact comparison difficult.

Several different protocols are used for fecal DNA extraction, which is an integral step in all phylogenetic and metagenomic approaches to characterize the highly diverse intestinal ecosystem. We compared four widely used methods, and found their DNA yields to vary up to 35-fold. Bacterial, archaeal and human DNA was quantified by real-time PCR, and a compositional analysis of different extracts was carried out using the Human Intestinal Tract Chip, a 16S rRNA gene-based phylogenetic microarray. The overall microbiota composition was highly similar between the methods in contrast to the profound differences between the subjects (Pearson correlations > 0.899 and 0.735, respectively). A detailed comparative analysis of mechanical and enzymatic methods showed that despite their overall similarity, the mechanical cell disruption by repeated bead beating showed the highest bacterial diversity and resulted in significantly improved DNA extraction efficiency of archaea and some bacteria, including Clostridium cluster IV. By applying the mechanical disruption method a high prevalence (67%) of methanogenic archaea was detected in healthy subjects (n = 24), exceeding the typical values reported previously. The assessment of performance differences between different methodologies serves as a concrete step towards the comparison and reliable meta-analysis of the results obtained in different laboratories.

Background While our knowledge of the intestinal microbiota during disease is accumulating, basic information of the microbiota in healthy subjects is still scarce. The aim of this study was to characterize the intestinal microbiota of healthy adults and specifically address its temporal stability, core microbiota and relation with intestinal symptoms. We carried out a longitudinal study by following a set of 15 healthy Finnish subjects for seven weeks and regularly assessed their intestinal bacteria and archaea with the Human Intestinal Tract (HIT)Chip, a phylogenetic microarray, in conjunction with qPCR analyses. The health perception and occurrence of intestinal symptoms was recorded by questionnaire at each sampling point. Principal Findings A high overall temporal stability of the microbiota was observed. Five subjects showed transient microbiota destabilization, which correlated not only with the intake of antibiotics but also with overseas travelling and temporary illness, expanding the hitherto known factors affecting the intestinal microbiota. We identified significant correlations between the microbiota and common intestinal symptoms, including abdominal pain and bloating. The most striking finding was the inverse correlation between Bifidobacteria and abdominal pain: subjects who experienced pain had over five-fold less Bifidobacteria compared to those without pain. Finally, a novel computational approach was used to define the common core microbiota, highlighting the role of the analysis depth in finding the phylogenetic core and estimating its size. The in-depth analysis suggested that we share a substantial number of our intestinal phylotypes but as they represent highly variable proportions of the total community, many of them often remain undetected. Conclusions/Significance A global and high-resolution microbiota analysis was carried out to determine the temporal stability, the associations with intestinal symptoms, and the individual and common core microbiota in healthy adults. The findings provide new approaches to define intestinal health and to further characterize the microbial communities inhabiting the human gut.

Background: Age-related physiological changes in the gastrointestinal tract, as well as modifications in lifestyle, nutritional behaviour, and functionality of the host immune system, inevitably affect the gut microbiota, resulting in a greater susceptibility to infections.Methodology/Principal Findings: By using the Human Intestinal Tract Chip (HITChip) and quantitative PCR of 16S rRNA genes of Bacteria and Archaea, we explored the age-related differences in the gut microbiota composition among young adults, elderly, and centenarians, i.e subjects who reached the extreme limits of the human lifespan, living for over 100 years.We observed that the microbial composition and diversity of the gut ecosystem of young adults and seventy-years old people is highly similar but differs significantly from that of the centenarians.After 100 years of symbiotic association with the human host, the microbiota is characterized by a rearrangement in the Firmicutes population and an enrichment in facultative anaerobes, notably pathobionts.The presence of such a compromised microbiota in the centenarians is associated with an increased inflammatory status, also known as inflammageing, as determined by a range of peripheral blood inflammatory markers.This may be explained by a remodelling of the centenarians' microbiota, with a marked decrease in Faecalibacterium prauznitzii and relatives, symbiotic species with reported anti-inflammatory properties.As signature bacteria of the long life we identified specifically Eubacterium limosum and relatives that were more than ten-fold increased in the centenarians.Conclusions/Significance: We provide evidence for the fact that the ageing process deeply affects the structure of the human gut microbiota, as well as its homeostasis with the host's immune system.Because of its crucial role in the host physiology and health status, age-related differences in the gut microbiota composition may be related to the progression of diseases and frailty in the elderly population.

Intestinal microbiota plays an important role in human health, and its composition is determined by several factors, such as diet and host genotype. However, thus far it has remained unknown which host genes are determinants for the microbiota composition. We studied the diversity and abundance of dominant bacteria and bifidobacteria from the faecal samples of 71 healthy individuals. In this cohort, 14 were non-secretor individuals and the remainders were secretors. The secretor status is defined by the expression of the ABH and Lewis histo-blood group antigens in the intestinal mucus and other secretions. It is determined by fucosyltransferase 2 enzyme, encoded by the FUT2 gene. Non-functional enzyme resulting from a nonsense mutation in the FUT2 gene leads to the non-secretor phenotype. PCR-DGGE and qPCR methods were applied for the intestinal microbiota analysis. Principal component analysis of bifidobacterial DGGE profiles showed that the samples of non-secretor individuals formed a separate cluster within the secretor samples. Moreover, bifidobacterial diversity (p<0.0001), richness (p<0.0003), and abundance (p<0.05) were significantly reduced in the samples from the non-secretor individuals as compared with those from the secretor individuals. The non-secretor individuals lacked, or were rarely colonized by, several genotypes related to B. bifidum, B. adolescentis and B. catenulatum/pseudocatenulatum. In contrast to bifidobacteria, several bacterial genotypes were more common and the richness (p<0.04) of dominant bacteria as detected by PCR-DGGE was higher in the non-secretor individuals than in the secretor individuals. We showed that the diversity and composition of the human bifidobacterial population is strongly associated with the histo-blood group ABH secretor/non-secretor status, which consequently appears to be one of the host genetic determinants for the composition of the intestinal microbiota. This association can be explained by the difference between the secretor and non-secretor individuals in their expression of ABH and Lewis glycan epitopes in the mucosa.