Andre Franke and colleagues perform a genome-wide association study for the gut microbiome, examining the influence of host genetics on overall microbial variation and individual taxa. They find significant associations at the VDR (vitamin D receptor) locus and observe correlations between microbiota and metabolites of VDR, including bile acids. Human gut microbiota is an important determinant for health and disease, and recent studies emphasize the numerous factors shaping its diversity. Here we performed a genome-wide association study (GWAS) of the gut microbiota using two cohorts from northern Germany totaling 1,812 individuals. Comprehensively controlling for diet and non-genetic parameters, we identify genome-wide significant associations for overall microbial variation and individual taxa at multiple genetic loci, including the VDR gene (encoding vitamin D receptor). We observe significant shifts in the microbiota of Vdr−/− mice relative to control mice and correlations between the microbiota and serum measurements of selected bile and fatty acids in humans, including known ligands and downstream metabolites of VDR. Genome-wide significant (P < 5 × 10−8) associations at multiple additional loci identify other important points of host–microbe intersection, notably several disease susceptibility genes and sterol metabolism pathway components. Non-genetic and genetic factors each account for approximately 10% of the variation in gut microbiota, whereby individual effects are relatively small.

Primary sclerosing cholangitis (PSC) is an orphan hepatobiliary disorder associated with inflammatory bowel disease (IBD). We aimed to estimate the risk of disease progression based on distinct clinical phenotypes in a large international cohort of patients with PSC.

Objective

 Gut microbiota could influence gut, as well as hepatic and biliary immune responses. We therefore thoroughly characterised the gut microbiota in primary sclerosing cholangitis (PSC) compared with healthy controls (HC) and patients with ulcerative colitis without liver disease. 

Design

 We prospectively collected 543 stool samples. After a stringent exclusion process, bacterial DNA was submitted for 16S rRNA gene sequencing. PSC and HC were randomised to an exploration panel or a validation panel, and only significant results (p<0.05, Q_FDR<0.20) in both panels were reported, followed by a combined comparison of all samples against UC. 

Results

 Patients with PSC (N=85) had markedly reduced bacterial diversity compared with HC (N=263, p<0.0001), and a different global microbial composition compared with both HC (p<0.001) and UC (N=36, p<0.01). The microbiota of patients with PSC with and without IBD was similar. Twelve genera separated PSC and HC, out of which 11 were reduced in PSC. However, the Veillonella genus showed a marked increase in PSC compared with both HC (p<0.0001) and UC (p<0.02). Using receiver operating characteristic analysis, Veillonella abundance yielded an area under the curve (AUC) of 0.64 to discriminate PSC from HC, while a combination of PSC-associated genera yielded an AUC of 0.78. 

Conclusions

 Patients with PSC exhibited a gut microbial signature distinct from both HC and UC without liver disease, but similar in PSC with and without IBD. The Veillonella genus, which is also associated with other chronic inflammatory and fibrotic conditions, was enriched in PSC.

Objective: HIV-1 infection is characterized by altered intestinal barrier, gut microbiota dysbiosis, and systemic inflammation. We hypothesized that changes of the gut microbiota predict immune dysfunction and HIV-1 progression, and that antiretroviral therapy (ART) partially restores the microbiota composition. Design: An observational study including 28 viremic patients, three elite controllers, and nine uninfected controls. Blood and stool samples were collected at baseline and for 19 individuals at follow-up (median 10 months) during ART. Methods: Microbiota composition was determined by 16S rRNA sequencing (Illumina MiSeq). Soluble markers of microbial translocation and monocyte activation were analyzed by Limulus Amebocyte Lysate assay or ELISA. Results: Several alpha-diversity measures, including number of observed bacterial species and Shannon index, were significantly lower in viremic patients compared to controls. The alpha diversity correlated with CD4+ T-cell counts and inversely with markers of microbial translocation and monocyte activation. In multivariate linear regression, for every age and sex-adjusted increase in the number of bacterial species, the CD4+ T-cell count increased with 0.88 (95% confidence interval 0.35–1.41) cells/μl (P = 0.002). After introduction of ART, microbiota alterations persisted with further reduction in alpha diversity. The microbiota composition at the genus level was profoundly altered in viremic patients, both at baseline and after ART, with Prevotella reduced during ART (P < 0.007). Conclusions: Gut microbiota alterations are closely associated with immune dysfunction in HIV-1 patients, and these changes persist during short-term ART. Our data implicate that re-shaping the microbiota may be an adjuvant therapy in patients commencing successful ART.

Tom Karlsen and colleagues report a genome-wide association study for primary sclerosing cholangitis, a chronic bile duct disease. They identify susceptibility loci at MST1 and near BCL2L11. Primary sclerosing cholangitis (PSC) is a chronic bile duct disease affecting 2.4–7.5% of individuals with inflammatory bowel disease. We performed a genome-wide association analysis of 2,466,182 SNPs in 715 individuals with PSC and 2,962 controls, followed by replication in 1,025 PSC cases and 2,174 controls. We detected non-HLA associations at rs3197999 in MST1 and rs6720394 near BCL2L11 (combined P = 1.1 × 10−16 and P = 4.1 × 10−8, respectively).