Abstract DNA-methylation profiles have been used successfully to develop highly accurate biomarkers of age, epigenetic clocks, for many species. Using a custom methylation array, we generated DNA methylation data from n=238 porcine tissues including blood, bladder, frontal cortex, kidney, liver and lung, from domestic pigs ( Sus scrofa domesticus ) and minipigs (Wisconsin Miniature Swine™). We present 4 epigenetic clocks for pigs that are distinguished by their compatibility with tissue type (pan-tissue and blood clock) and species (pig and human). Two dual-species human-pig pan-tissue clocks accurately measure chronological age and relative age, respectively. We also characterized CpGs that differ between minipigs and domestic pigs. Strikingly, several genes implicated by our epigenetic studies of minipig status overlap with genes ( ADCY3, TFAP2B, SKOR1 , and GPR61 ) implicated by genetic studies of body mass index in humans. In addition, CpGs with different levels of methylation between the two pig breeds were identified proximal to genes involved in blood LDL levels and cholesterol synthesis, of particular interest given the minipig’s increased susceptibility to cardiovascular disease compared to domestic pigs. Thus, inbred differences of domestic and minipigs may potentially help to identify biological mechanisms underlying weight gain and aging-associated diseases. Our porcine clocks are expected to be useful for elucidating the role of epigenetics in aging and obesity, and the testing of anti-aging interventions.

ABSTRACT Elevated levels of dietary fats in westernized diets, associated with increased risk of obesity and other chronic diseases, are increasingly consumed by children in the United States. Cooking practices such as high heat frying and increased use of oxidizable sources of fats have introduced high levels of lipid oxidation products (LOPs) into these diets. The effects of these highly reactive dietary compounds on human biology are largely unstudied, especially in the gut where these compounds are likely present at higher concentrations. Given that the gut microbiome can be influenced by dietary components and then in turn have a systemic impact, we investigated the effects of consuming LOPs on gut bacterial and fungal communities and on growth and body composition during the prepubertal period in a porcine model. The presence of LOPs in the high fat diet reduced growth and body fat gain in the model. The gut microbiome was uniquely altered by both high fat and the presence of LOPs, with notable changes in the abundances of Turicibacterales, Spriochaetales, RF39, Lactobacillales and Erysipelotrichales . The mycobiome was dominated by Kazachstania , a porcine specific yeast, which was only minimally influenced by the dietary regimen. Application of machine learning identified dietary fat and LOPs as strong predictors of body fat. The genus Methanobrevibacter was the key microbial predictor of body fat. This study highlights the need for further studies on the biological effects of LOPs which have become ubiquitous in human, livestock and pet diets in developed countries.

Abstract Objective. Active bone marrow (ABM) can serve as both an organ at risk and a target in external beam radiotherapy. 18 F-fluorothymidine (FLT) PET is the current gold standard for identifying proliferative ABM but it is not approved for human use, and PET scanners are not always available to radiotherapy clinics. Identifying ABM through other, more accessible imaging modalities will allow more patients to receive treatment specific to their ABM distribution. Multi-energy CT (MECT) and fat-fraction MRI (FFMRI) show promise in their ability to characterize bone marrow adiposity, but these methods require validation for identifying proliferative ABM. Approach. Six swine subjects were imaged using FFMRI, fast-kVp switching (FKS) MECT and sequential-scanning (SS) MECT to identify ABM volumes relative to FLT PET-derived ABM volumes. ABM was contoured on FLT PET images as the region within the bone marrow with a SUV above the mean. Bone marrow was then contoured on the FFMRI and MECT images, and thresholds were applied within these contours to determine which threshold produced the best agreement with the FLT PET determined ABM contour. Agreement between contours was measured using the Dice similarity coefficient (DSC). Main results. FFMRI produced the best estimate of the PET ABM contour. Compared to FLT PET ABM volumes, the FFMRI, SS MECT and FKS MECT ABM contours produced average peak DSC of 0.722 ± 0.080, 0.619 ± 0.070, and 0.464 ± 0.080, respectively. The ABM volume was overestimated by 40.51%, 97.63%, and 140.13% by FFMRI, SS MECT and FKS MECT, respectively. Significance. This study explored the ability of FFMRI and MECT to identify the proliferative relative to ABM defined by FLT PET. Of the methods investigated, FFMRI emerged as the most accurate approximation to FLT PET-derived active marrow contour, demonstrating superior performance by both DSC and volume comparison metrics. Both FFMRI and SS MECT show promise for providing patient-specific ABM treatments.

ABSTRACT Aging is often perceived as a degenerative process resulting from random accrual of cellular damage over time. Despite this, age can be accurately estimated by epigenetic clocks based on DNA methylation profiles from almost any tissue of the body. Since such pan-tissue epigenetic clocks have been successfully developed for several different species, we hypothesized that one can build pan-mammalian clocks that measure age in all mammalian species. To address this, we generated data using 11,754 methylation arrays, each profiling up to 36 thousand cytosines in highly-conserved stretches of DNA, from 59 tissue-types derived from 185 mammalian species. From these methylation profiles, we constructed three age predictors, each with a single mathematical formula, termed universal pan-mammalian clocks that are accurate in estimating the age (r>0.96) of any mammalian tissue. Deviations between epigenetic age and chronological age relate to mortality risk in humans, mutations that affect the somatotropic axis in mice, and caloric restriction. We characterized specific cytosines, whose methylation levels change with age across most mammalian species. These cytosines are greatly enriched in polycomb repressive complex 2-binding sites, are located in regions that gradually lose chromatin accessibility with age and are proximal to genes that play a role in mammalian development, cancer, human obesity, and human longevity. Collectively, these results support the notion that aging is indeed evolutionarily conserved and coupled to developmental processes across all mammalian species - a notion that was long-debated without the benefit of this new compelling evidence. SUMMARY This study identifies and characterizes evolutionarily conserved cytosines implicated in the aging process across mammals and establishes pan mammalian epigenetic clocks.

The skin and its microbiome function to protect the host from pathogen colonization and environmental stressors. In this study, using the Wisconsin Miniature Swine model, we characterize the porcine skin fungal and bacterial microbiomes, identify bacterial isolates displaying antifungal activity, and use whole-genome sequencing to identify biosynthetic gene clusters encoding for secondary metabolites that may be responsible for the antagonistic effects on fungi. Through this comprehensive approach of paired microbiome sequencing with culturomics, we report the discovery of novel species of Corynebacterium and Rothia. Further, this study represents the first comprehensive evaluation of the porcine skin mycobiome and evaluation of bacterial-fungal interactions on this surface. Several diverse bacterial isolates exhibit potent antifungal properties against fungal pathogens in vitro. Genomic analysis of inhibitory species revealed a diverse repertoire of uncharacterized biosynthetic gene clusters suggesting a reservoir of novel chemical and biological diversity. Collectively, the porcine skin microbiome represents a potential unique source of novel antifungals.

The skin and its microbiome function to protect the host from pathogen colonization and environmental stressors. In this study, using the Wisconsin Miniature Swine™ model, we characterize the porcine skin fungal and bacterial microbiomes, identify bacterial isolates displaying antifungal activity, and use whole-genome sequencing to identify biosynthetic gene clusters encoding for secondary metabolites that may be responsible for the antagonistic effects on fungi. Through this comprehensive approach of paired microbiome sequencing with culturomics, we report the discovery of novel species of Corynebacterium and Rothia. Further, this study represents the first comprehensive evaluation of the porcine skin mycobiome and the evaluation of bacterial-fungal interactions on this surface. Several diverse bacterial isolates exhibit potent antifungal properties against opportunistic fungal pathogens in vitro. Genomic analysis of inhibitory species revealed a diverse repertoire of uncharacterized biosynthetic gene clusters suggesting a reservoir of novel chemical and biological diversity. Collectively, the porcine skin microbiome represents a potential unique source of novel antifungals.