Diet rapidly and reproducibly alters the human gut microbiome.

Long-term dietary intake influences the structure and activity of the trillions of microorganisms residing in the human gut, but it remains unclear how rapidly and reproducibly the human gut microbiome responds to short-term macronutrient change. Here we show that the short-term consumption of diets composed entirely of animal or plant products alters microbial community structure and overwhelms inter-individual differences in microbial gene expression. The animal-based diet increased the abundance of bile-tolerant microorganisms (Alistipes, Bilophila and Bacteroides) and decreased the levels of Firmicutes that metabolize dietary plant polysaccharides (Roseburia, Eubacterium rectale and Ruminococcus bromii). Microbial activity mirrored differences between herbivorous and carnivorous mammals, reflecting trade-offs between carbohydrate and protein fermentation. Foodborne microbes from both diets transiently colonized the gut, including bacteria, fungi and even viruses. Finally, increases in the abundance and activity of Bilophila wadsworthia on the animal-based diet support a link between dietary fat, bile acids and the outgrowth of microorganisms capable of triggering inflammatory bowel disease. In concert, these results demonstrate that the gut microbiome can rapidly respond to altered diet, potentially facilitating the diversity of human dietary lifestyles.


長期の食餌摂取は、ヒトの腸内に存在する数兆の微生物の構造と活性に影響を与えるが、短期的な主要栄養素の変化に対してヒトの腸内微生物叢がどの程度迅速かつ再現性に応答するかは未だ不明である。今回我々は、完全に動物または植物産物からなる食餌の短期摂取が微生物群集の構造を変化させ、微生物の遺伝子発現における個体差を圧倒することを示す。動物ベースの食餌は、胆汁抵抗性微生物(Alistipes, Bilophila、及びBacteroides)の豊富さを増し、食餌性植物多糖類を代謝するFirmicutes(Roseburia, Eubacterium rectale、及びRuminococcus bromii)のレベルを減少させた。微生物の活性は、草食と肉食哺乳類の違いと同様で、炭水化物とタンパク質の発酵の間のトレードオフを反映している。両方の食餌に由来する食品媒介微生物は消化管で一過性にコロニー形成し、細菌、真菌、さらにはウイルスを含んでいた。最後に、動物ベースの食餌でのBilophila wadsworthiaの数と活性の上昇は、食餌性脂肪、胆汁酸、及び炎症性腸疾患の引き金を引くことができる微生物の増殖との間の関連を支持する。これらの結果は一致して、腸内微生物叢は変化した食餌に対して急速に応答することができ、ヒトの食生活の多様性を促進する可能性を実証する。