Abstract The RBD (receptor binding domain) of the SARS-CoV-2 virus S (spike) protein mediates the viral cell attachment and serves as a promising target for therapeutics development. Mutations on the S-RBD may alter its affinity to cell receptor and affect the potency of vaccines and antibodies. Here we used an in-silico approach to predict how mutations on RBD affect its binding affinity to hACE2 (human angiotensin-converting enzyme2). The effect of all single point mutations on the interface was predicted. SPR assay result shows that 6 out of 9 selected mutations can strengthen binding affinity. Our prediction has reasonable agreement with the previous deep mutational scan results and recently reported mutants. Our work demonstrated in silico method as a powerful tool to forecast more powerful virus mutants, which will significantly benefit for the development of broadly neutralizing vaccine and antibody.

Abstract Chytridiomycosis, a highly significant global wildlife disease, has caused unprecedented amphibian population declines and species extinctions worldwide. In contrast, mass die-offs due to chytridiomycosis have not been observed in Asia, which is thought to be the ancestral region of origin and a hyper-diversity hotspot of the known causal pathogens, Batrachochytrium dendrobtidis ( Bd ) and B. salamndrivorans ( Bsal ). It has been hypothesized that Asian amphibians may have evolved immunity to clinical Batrachochytrium infection. However, limited knowledge of endemic lineages, evolutionary history, and climate-related infection patterns limits our ability to explore this hypothesis. Here, we investigated the genetic diversity and infection patterns of the frog-infecting species, Bd , in China’s poorly-explored Guangxi region. We used the internal transcribed spacer (ITS) marker and the nested PCR method to survey prevalence and haplotype diversity of Bd across 17 forest sites. A generalized linear model was used to evaluate associations between numerous variables and Bd prevalence within native amphibians. Our results identified seven new haplotypes, four of which are closely related to the early-emerging Bd ASIA-1 lineage recovered from South Korea. We also identified a unique Asian haplotype, close to the Bd ASIA-3 lineage, as the most prevalent (64.6% of Bd -infected adult individuals) in 11 out of 15 infected species. This haplotype was also detected in a salamander individual, which exhibited non-lethal skin lesions on the abdomen. The infection of Bd within amphibians was found to be positively associated with temperature and elevation. Our findings suggest that there is significant undiscovered genetic diversity of Asian Bd lineages in this region. Longer-term studies are required to further investigate Bd diversity, prevalence, seasonality and impact on native species and populations in Southern China and across the region of origin in Asia. Author Summary Chytridiomycosis is a disease which is responsible for the sharp decline of amphibian populations and species extinctions around the world. Surprisingly, it has not yet been well-studied in Asia, the region where the two causal pathogens of the disease, Batrachochytrium dendrobatidis ( Bd ) and B. salamandrivorans ( Bsal ) originated. In order to better understand the lack of mass die-offs in Asia, we recently conducted a study in south China’s Guangxi region to investigate the genetic diversity and infection patterns of Bd . Through the use of internal transcribed spacer (ITS) markers and nested PCR, we discovered seven new types of Bd , four of which were closely related to the early-emerging Bd ASIA-1 lineage from South Korea. The highest prevalence of Bd infection was observed in 11 species of amphibians, including a salamander which had non-lethal skin lesions. It was also noted that infection of Bd in amphibians was associated with temperature and elevation. This study has provided important information on Bd diversity and prevalence in the region, and further research is needed to explore Asia as the putative region of origin for this disease.

The search for effective and highly selective photocatalysts for CO2 transformation is exceptionally desirable yet challenging. Herein, a novel BiVO4 @PCN-224(Cu) heterostructure was constructed by growing BiVO4 nanosheets on the surface of PCN-224(Cu) rods for visible-light-driven CO2 photoreduction. The obtained BiVO4 @PCN-224(Cu) heterostructure could selectively reduce CO2 into CO in the absence of sacrificial reagents. The CO yield over the optimized sample reached 70.5 μmol g−1 h−1 (corresponding to an apparent quantum yield of 0.42% at 450 nm), a 5.1-fold increase over pristine PCN-224(Cu). The boosted activity of the hybrid could be credited to the S-scheme heterojunction formed at the interface of PCN-224(Cu) and BiVO4, which facilitated the separation of photogenerated charges and ameliorated the redox capability. In-situ XPS and hydroxyl radical determination confirmed the S-scheme charge transfer mode. This study provides a new strategy for constructing S-scheme heterojunctions involving metalloporphyrin-based metal-organic frameworks for high-performance CO2 conversion.

Abstract Frog virus 3 (FV3, genera Ranavirus , family Iridoviridae ), a double-stranded DNA virus, results in irreparable damage to biodiversity and significant economic losses to aquaculture. Although the existing FV3 detection methods are of high sensitivity and specificity, the complex procedure and requirement of expensive instruments limit their practical implantation. Herein, we develop a fast, easy-to-implement, highly sensitive, and point-of-care (POC) detection system for FV3. Combining recombinase polymerase amplification (RPA) and CRISPR/Cas12a, we achieve a limit of detection (LoD) of 100 aM (60.2 copies/μL) by optimizing RPA primers and CRISPR RNAs (crRNAs). For POC detection, we build a smartphone microscopy (SPM) and achieve an LoD of 10 aM within 40 minutes. Four positive animal-derived samples with a quantitation cycle (Cq) value of quantitative PCR (qPCR) in the range of 13 to 32 are detectable by the proposed system. In addition, we deploy deep learning models for binary classification (positive or negative samples) and multiclass classification (different concentrations of FV3 and negative samples), achieving 100% and 98.75% accuracy, respectively. Without temperature regulation and expensive equipment, RPA-CRISPR/Cas12a combined with a smartphone readout and artificial intelligence (AI) assisted classification shows great potential for FV3 detection. This integrated system holds great promise for POC detection of aquatic DNA pathogens. Highlights An integrated DNA detection system is developed by combining RPA, CRISPR/Cas12a, smartphone microscopy, and deep learning. The LoD of frog virus 3 is 10 aM within 40 min. The detection system shows good performance on animal-derived samples.

Abstract Meiotic recombination (MR) drives novel combination of alleles and contributes to genomic diversity in eukaryotes. In this study, we showed that heat stress (36-38°C) over fertile threshold fully abolished crossover (CO) formation in Arabidopsis. Cytological and genetic studies in wild-type plants, and the syn1 and rad51 mutants suggested that heat stress reduces generation of SPO11-dependent double-strand breaks (DSBs). In support, the abundance of recombinase DMC1, which is required for MR-specific DSB repair, was significantly reduced under heat stress. In addition, we showed that high temperatures induced disassembly and/or instability of ASY4-but not SYN1-mediated chromosome axis. At the same time, ASY1-associated lateral element of synaptonemal complex (SC) was partially affected, while the ZYP1-dependent central element of SC was disrupted, indicating that heat stress impairs SC formation. Moreover, quantitative RT-PCR revealed that genes involved in DSB formation; e.g. SPO11-1 , PRD1 , 2 and 3 , were not impacted; however, recombinase RAD51 and chromosome axis factors ASY3 and ASY4 were significantly downregulated under heat stress. Taken together, these findings revealed that heat stress inhibits MR via compromised DSB formation and homolog synapsis, which are possible downstream effects of the impacted chromosome axis. Our study thus provides evidence shedding light on how increase of environmental temperature influences MR in Arabidopsis.

We review state-of-the-art datacenter technologies for 800G, 1.6T and beyond interconnect speeds, focusing on 200G per-lane IM-DD (intensity modulated-direct detect) and 800G-LR1 coherent-lite transmissions.

Abstract Solid waste disposal is significantly important to maintain normal operation of both natural and artificial ecosystems. In this study, a kinetic model of solid waste treatment unit (SWTU) was upfront developed based on microbial ecology, system dynamics, cybernetics and digital simulation, which accurately described the relationships and interactions between solid waste decomposition (SWD) processes and biotic/abiotic factors. Then a specific SWTU prototype was designed and built from this kinetic model. A 370-day experiment demonstrated that SWTU maintained normal operation with robust stability and desired dynamic behaviors, and effectively disposed the solid waste. Therefore, this kinetic model was highly valid due to its high structural and behavioral similarity with the prototype. This research could lay a strong theoretical foundation for further closed-loop control and optimization of SWTU, and provide scientific guidance to environmental management and sustainable development.

Abstract During hematogenously disseminated candidiasis, blood borne fungi must invade the endothelial cells that line the blood vessels to infect the deep tissues. Although Candida albicans , which forms hyphae, readily invades endothelial cells, other medically important species of Candida are poorly invasive in standard in vitro assays. Here, we show that Candida glabrata, Candida tropicalis, Candida parapsilosis , and Candida krusei can bind to vitronectin and high molecular weight kininogen present in human serum. Acting as bridging molecules, vitronectin and kininogen bind to αv integrins and the globular C1q receptor (gC1qR), inducing human endothelial cells to endocytose the fungus. This mechanism of endothelial cell invasion is poorly supported by mouse endothelial cells, but can be restored when mouse endothelial cells are engineered to express human gC1qR or αv integrin. Overall, these data indicate that bridging molecule-mediated endocytosis is a common pathogenic strategy used by many medically important Candida spp . to invade human vascular endothelial cells. Significance The invasion of vascular endothelial cells is a key step in the pathogenesis of hematogenously disseminated candidiasis. How species of Candida other than C. albicans invade endothelial cells is poorly understood because these fungi are weakly invasive in serum-free media. Here, we demonstrate that C. glabrata and other Candida spp. bind to the serum proteins kininogen and vitronectin, which act as bridging molecules and mediate the adherence and endocytosis of the organisms by endothelial cells. These serum proteins induce endocytosis when they interact with the globular C1q receptor and αv integrins on human, but not mouse endothelial cells. Thus, bridging molecule-mediated endocytosis is a common mechanism by which medically important Candida spp. invade human endothelial cells.

Aspergillus fumigatus , an important pulmonary fungal pathogen causing several diseases collectively called aspergillosis, relies on asexual spores or conidia for initiating host infection. Here, we used a phylogenomic approach to compare proteins in the conidial surface of A. fumigatus , two closely related non-pathogenic species, Aspergillus fischeri and Aspergillus oerlinghausenensis , and the cryptic pathogen Aspergillus lentulus . After identifying 62 proteins uniquely expressed on the A. fumigatus conidial surface, we deleted 42 genes encoding conidial proteins. We found deletion of 33 of these genes altered susceptibility to macrophage killing, penetration and damage to epithelial cells, and cytokine production. Notably, a gene that encodes glycosylasparaginase, which modulates levels of the host pro-inflammatory cytokine IL-1β, is important for infection in an immunocompetent murine model of fungal disease. These results suggest that A. fumigatus conidial surface proteins and effectors are important for evasion and modulation of the immune response at the onset of fungal infection.

A new coronavirus (CoV) identified as COVID-19 virus is the etiological agent responsible for the 2019-2020 viral pneumonia outbreak that commenced in Wuhan[1][1]–[4][2]. Currently there is no targeted therapeutics and effective treatment options remain very limited. In order to rapidly discover lead compounds for clinical use, we initiated a program of combined structure-assisted drug design, virtual drug screening and high-throughput screening to identify new drug leads that target the COVID-19 virus main protease (Mpro). Mpro is a key CoV enzyme, which plays a pivotal role in mediating viral replication and transcription, making it an attractive drug target for this virus[5][3],[6][4]. Here, we identified a mechanism-based inhibitor, N3, by computer-aided drug design and subsequently determined the crystal structure of COVID-19 virus Mpro in complex with this compound. Next, through a combination of structure-based virtual and high-throughput screening, we assayed over 10,000 compounds including approved drugs, drug candidates in clinical trials, and other pharmacologically active compounds as inhibitors of Mpro. Six of these inhibit Mpro with IC50 values ranging from 0.67 to 21.4 μM. Ebselen also exhibited promising antiviral activity in cell-based assays. Our results demonstrate the efficacy of this screening strategy, which can lead to the rapid discovery of drug leads with clinical potential in response to new infectious diseases where no specific drugs or vaccines are available. [1]: #ref-1 [2]: #ref-4 [3]: #ref-5 [4]: #ref-6