While current major national research efforts (i.e., the NIH Human Microbiome Project) will enable comprehensive metagenomic characterization of the adult human microbiota, how and when these diverse microbial communities take up residence in the host and during reproductive life are unexplored at a population level. Because microbial abundance and diversity might differ in pregnancy, we sought to generate comparative metagenomic signatures across gestational age strata. DNA was isolated from the vagina (introitus, posterior fornix, midvagina) and the V5V3 region of bacterial 16S rRNA genes were sequenced (454FLX Titanium platform). Sixty-eight samples from 24 healthy gravidae (18 to 40 confirmed weeks) were compared with 301 non-pregnant controls (60 subjects). Generated sequence data were quality filtered, taxonomically binned, normalized, and organized by phylogeny and into operational taxonomic units (OTU); principal coordinates analysis (PCoA) of the resultant beta diversity measures were used for visualization and analysis in association with sample clinical metadata. Altogether, 1.4 gigabytes of data containing >2.5 million reads (averaging 6,837 sequences/sample of 493 nt in length) were generated for computational analyses. Although gravidae were not excluded by virtue of a posterior fornix pH >4.5 at the time of screening, unique vaginal microbiome signature encompassing several specific OTUs and higher-level clades was nevertheless observed and confirmed using a combination of phylogenetic, non-phylogenetic, supervised, and unsupervised approaches. Both overall diversity and richness were reduced in pregnancy, with dominance of Lactobacillus species (L. iners crispatus, jensenii and johnsonii, and the orders Lactobacillales (and Lactobacillaceae family), Clostridiales, Bacteroidales, and Actinomycetales. This intergroup comparison using rigorous standardized sampling protocols and analytical methodologies provides robust initial evidence that the vaginal microbial 16S rRNA gene catalogue uniquely differs in pregnancy, with variance of taxa across vaginal subsite and gestational age.

Background & AimsThe intestinal microbiomes of healthy children and pediatric patients with irritable bowel syndrome (IBS) are not well defined. Studies in adults have indicated that the gastrointestinal microbiota could be involved in IBS.MethodsWe analyzed 71 samples from 22 children with IBS (pediatric Rome III criteria) and 22 healthy children, ages 7–12 years, by 16S ribosomal RNA gene sequencing, with an average of 54,287 reads/stool sample (average 454 read length = 503 bases). Data were analyzed using phylogenetic-based clustering (Unifrac), or an operational taxonomic unit (OTU) approach using a supervised machine learning tool (randomForest). Most samples were also hybridized to a microarray that can detect 8741 bacterial taxa (16S rRNA PhyloChip).ResultsMicrobiomes associated with pediatric IBS were characterized by a significantly greater percentage of the class γ-proteobacteria (0.07% vs 0.89% of total bacteria, respectively; P < .05); 1 prominent component of this group was Haemophilus parainfluenzae. Differences highlighted by 454 sequencing were confirmed by high-resolution PhyloChip analysis. Using supervised learning techniques, we were able to classify different subtypes of IBS with a success rate of 98.5%, using limited sets of discriminant bacterial species. A novel Ruminococcus-like microbe was associated with IBS, indicating the potential utility of microbe discovery for gastrointestinal disorders. A greater frequency of pain correlated with an increased abundance of several bacterial taxa from the genus Alistipes.ConclusionsUsing16S metagenomics by PhyloChip DNA hybridization and deep 454 pyrosequencing, we associated specific microbiome signatures with pediatric IBS. These findings indicate the important association between gastrointestinal microbes and IBS in children; these approaches might be used in diagnosis of functional bowel disorders in pediatric patients. The intestinal microbiomes of healthy children and pediatric patients with irritable bowel syndrome (IBS) are not well defined. Studies in adults have indicated that the gastrointestinal microbiota could be involved in IBS. We analyzed 71 samples from 22 children with IBS (pediatric Rome III criteria) and 22 healthy children, ages 7–12 years, by 16S ribosomal RNA gene sequencing, with an average of 54,287 reads/stool sample (average 454 read length = 503 bases). Data were analyzed using phylogenetic-based clustering (Unifrac), or an operational taxonomic unit (OTU) approach using a supervised machine learning tool (randomForest). Most samples were also hybridized to a microarray that can detect 8741 bacterial taxa (16S rRNA PhyloChip). Microbiomes associated with pediatric IBS were characterized by a significantly greater percentage of the class γ-proteobacteria (0.07% vs 0.89% of total bacteria, respectively; P < .05); 1 prominent component of this group was Haemophilus parainfluenzae. Differences highlighted by 454 sequencing were confirmed by high-resolution PhyloChip analysis. Using supervised learning techniques, we were able to classify different subtypes of IBS with a success rate of 98.5%, using limited sets of discriminant bacterial species. A novel Ruminococcus-like microbe was associated with IBS, indicating the potential utility of microbe discovery for gastrointestinal disorders. A greater frequency of pain correlated with an increased abundance of several bacterial taxa from the genus Alistipes. Using16S metagenomics by PhyloChip DNA hybridization and deep 454 pyrosequencing, we associated specific microbiome signatures with pediatric IBS. These findings indicate the important association between gastrointestinal microbes and IBS in children; these approaches might be used in diagnosis of functional bowel disorders in pediatric patients.

ABSTRACT Repetitive sequence-based PCR (rep-PCR) has been recognized as an effective method for bacterial strain typing. Recently, rep-PCR has been commercially adapted to an automated format known as the DiversiLab system to provide a reliable PCR-based typing system for clinical laboratories. We describe the adaptations made to automate rep-PCR and explore the performance and reproducibility of the system as a molecular genotyping tool for bacterial strain typing. The modifications for automation included changes in rep-PCR chemistry and thermal cycling parameters, incorporation of microfluidics-based DNA amplicon fractionation and detection, and Internet-based computer-assisted analysis, reporting, and data storage. The performance and reproducibility of the automated rep-PCR were examined by performing DNA typing and replicate testing with multiple laboratories, personnel, instruments, DNA template concentrations, and culture conditions prior to DNA isolation. Finally, we demonstrated the use of automated rep-PCR for clinical laboratory applications by using isolates from an outbreak of Neisseria meningitidis infections. N. meningitidis outbreak-related strains were distinguished from other isolates. The DiversiLab system is a highly integrated, convenient, and rapid testing platform that may allow clinical laboratories to realize the potential of microbial DNA typing.

The gut microbiome influences myriad host functions, including nutrient acquisition, immune modulation, brain development, and behavior. Although human gut microbiota are recognized to change as we age, information regarding the structure and function of the gut microbiome during childhood is limited. Using 16S rRNA gene and shotgun metagenomic sequencing, we characterized the structure, function, and variation of the healthy pediatric gut microbiome in a cohort of school-aged, pre-adolescent children (ages 7–12 years). We compared the healthy pediatric gut microbiome with that of healthy adults previously recruited from the same region (Houston, TX, USA). Although healthy children and adults harbored similar numbers of taxa and functional genes, their composition and functional potential differed significantly. Children were enriched in Bifidobacterium spp., Faecalibacterium spp., and members of the Lachnospiraceae, while adults harbored greater abundances of Bacteroides spp. From a functional perspective, significant differences were detected with respect to the relative abundances of genes involved in vitamin synthesis, amino acid degradation, oxidative phosphorylation, and triggering mucosal inflammation. Children’s gut communities were enriched in functions which may support ongoing development, while adult communities were enriched in functions associated with inflammation, obesity, and increased risk of adiposity. Previous studies suggest that the human gut microbiome is relatively stable and adult-like after the first 1 to 3 years of life. Our results suggest that the healthy pediatric gut microbiome harbors compositional and functional qualities that differ from those of healthy adults and that the gut microbiome may undergo a more prolonged development than previously suspected.