DADA2 is an open-source software package that denoises and removes sequencing errors from Illumina amplicon sequence data to distinguish microbial sample sequences differing by as little as a single nucleotide. We present the open-source software package DADA2 for modeling and correcting Illumina-sequenced amplicon errors ( https://github.com/benjjneb/dada2 ). DADA2 infers sample sequences exactly and resolves differences of as little as 1 nucleotide. In several mock communities, DADA2 identified more real variants and output fewer spurious sequences than other methods. We applied DADA2 to vaginal samples from a cohort of pregnant women, revealing a diversity of previously undetected Lactobacillus crispatus variants.

Thousands of pathogens are known to infect humans, but only a fraction are readily identifiable using current diagnostic methods. Microbial cell-free DNA sequencing offers the potential to non-invasively identify a wide range of infections throughout the body, but the challenges of clinical-grade metagenomic testing must be addressed. Here we describe the analytical and clinical validation of a next-generation sequencing test that identifies and quantifies microbial cell-free DNA in plasma from 1,250 clinically relevant bacteria, DNA viruses, fungi and eukaryotic parasites. Test accuracy, precision, bias and robustness to a number of metagenomics-specific challenges were determined using a panel of 13 microorganisms that model key determinants of performance in 358 contrived plasma samples, as well as 2,625 infections simulated in silico and 580 clinical study samples. The test showed 93.7% agreement with blood culture in a cohort of 350 patients with a sepsis alert and identified an independently adjudicated cause of the sepsis alert more often than all of the microbiological testing combined (169 aetiological determinations versus 132). Among the 166 samples adjudicated to have no sepsis aetiology identified by any of the tested methods, sequencing identified microbial cell-free DNA in 62, likely derived from commensal organisms and incidental findings unrelated to the sepsis alert. Analysis of the first 2,000 patient samples tested in the CLIA laboratory showed that more than 85% of results were delivered the day after sample receipt, with 53.7% of reports identifying one or more microorganisms.

The successful design of nanofluidic devices for the manipulation of biopolymers requires an understanding of how the predictions of soft condensed matter physics scale with device dimensions. Here we present measurements of DNA extended in nanochannels and show that below a critical width roughly twice the persistence length there is a crossover in the polymer physics.

ABSTRACT Tumors acquire alterations in oncogenes and tumor suppressor genes in an adaptive walk through the fitness landscape of tumorigenesis. However, the features of this landscape remain poorly understood and cannot be revealed by human cancer genotyping alone. Here, we use a multiplexed, autochthonous mouse platform to model and quantify the initiation and growth of more than one hundred genotypes of lung tumors across four oncogenic contexts: KRAS G12D, KRAS G12C, BRAF V600E, and EGFR L858R. The resulting fitness landscape is rugged (the effect of tumor suppressor inactivation often switches between beneficial and deleterious depending on the oncogenic context), shows no evidence of diminishing-returns epistasis within variants of the same oncogene, and is inconsistent with expectations of a simple linear signaling relationship among these three oncogenes. Our findings suggest that tumor suppressor effects are strongly context-specific, which limits the set of evolutionary paths that can be taken through the fitness landscape.

Microbial communities are commonly characterized by amplifying and sequencing target genes, but errors limit the precision of amplicon sequencing. We present DADA2, a software package that models and corrects amplicon errors. DADA2 identified more real variants than other methods in Illumina-sequenced mock communities, some differing by a single nucleotide, while outputting fewer spurious sequences. DADA2 analysis of vaginal samples revealed a diversity of Lactobacillus crispatus strains undetected by OTU methods.

Objective: We aimed to determine whether n-butyl-2-cyanoacrylate (NB2C) adhesive is a safe and effective mechanism for nonpenetrating mesh and peritoneal fixation during laparoscopic groin hernia repair. Background: Chronic pain after laparoscopic groin hernia repair has been associated with penetrating fixation, but there had been no US Food and Drug Administration–approved devices for nonpenetrating fixation in this context. Methods: Patients undergoing laparoscopic transabdominal preperitoneal (TAP) or totally extraperitoneal (TEP) groin hernia repair with mesh at 1 of 5 academic medical centers were randomized to mesh (TAP/TEP) and peritoneal (TAP) fixation with NB2C adhesive or absorbable tacks. The primary outcome was improvement in pain (visual analog scale [VAS]) at 6 months. The noninferiority margin was 0.9 (α = 0.025; β = 80%). Recurrence, successful use of the device, quality of life, and rates of adverse events (AEs) were secondary outcomes. Results: From 2019 to 2021, 284 patients were randomized to either NB2C adhesive or absorbable tacks (n = 142/142). Patient and hernia characteristics were comparable, and 65% were repaired using a TAP approach. The difference in VAS improvement at 6 months with NB2C adhesive was not inferior to absorbable tacks in intention-to-treat and per-protocol analyses, respectively (0.25 [95% CI, −0.33 to 0.82]; P = 0.013; 0.22 [95% CI, −0.36 to 0.80], noninferiority P = 0.011). There were no differences in secondary outcomes including recurrence, successful use of each device to fixate the mesh and peritoneum, quality of life, and additional VAS pain scores. Rates of adverse and serious AEs were also comparable. Conclusions: NB2C adhesive is safe and effective for mesh fixation and peritoneal closure during laparoscopic groin hernia repair.

Dynamic regulation of intestinal cell differentiation is crucial for both homeostasis and the response to injury or inflammation. Sprouty2, an intracellular signaling regulator, controls pathways including PI3K and MAPKs that are implicated in differentiation and are dysregulated in inflammatory bowel disease. Here, we asked whether Sprouty2 controls secretory cell differentiation and the response to colitis. We report that colonic epithelial Sprouty2 deletion led to expanded goblet and tuft cell populations. Sprouty2 loss induced PI3K/Akt signaling, leading to GSK3β inhibition and epithelial interleukin (IL)-33 expression. In vivo, this resulted in increased stromal IL-13+ cells. IL-13 in turn induced tuft and goblet cell expansion in vitro and in vivo. Sprouty2 was downregulated by inflammation; this appeared to be a protective response, as VillinCre;Sprouty2F/F mice were resistant to DSS colitis. In contrast, Sprouty2 was elevated in colons of inflammatory bowel disease patients, suggesting that this protective epithelial-stromal signaling mechanism is lost in disease.

Ulcerative colitis (UC) is associated with epithelial metabolic derangements which exacerbate gut inflammation. Patient-derived organoids recapitulate complexities of the parent tissue in health and disease; however, whether colon organoids (colonoids) model the metabolic impairments in the pediatric UC epithelium is unclear. Here, we developed colonoid lines from pediatric patients with endoscopically active UC, inactive UC, and those without endoscopic or histologic evidence of colon inflammation (non-IBD controls) to interrogate functional metabolic differences in the colon epithelia. We demonstrate that colonoids from active UC patients exhibit hypermetabolic features and cellular stress, specifically during differentiation. Hypermetabolism in differentiating active UC colonoids was driven, in part, by increased proton leak, and supported by enhanced glycolytic capacity and dysregulated neutral lipid accumulation. Transcriptomic and pathway analyses indicated a role for PPAR-α in lipid-induced hypermetabolism in aUC colonoids, which was validated by PPAR-α activation in non-IBD colonoids. Accordingly, limiting neutral lipid accumulation in active UC colonoids through pharmacological inhibition of PPAR-α induced a metabolic shift towards glucose utilization, suppressed hypermetabolism and chemokine secretion, and improved markers of cellular stress and epithelial differentiation. Taken together, we reveal a role for lipid-related metabolic dysfunction in the pediatric UC epithelium and support the advancement of colonoids as a preclinical human model for testing epithelial-directed therapies against such metabolic dysfunction.