We present a global atlas of 4,728 metagenomic samples from mass-transit systems in 60 cities over 3 years, representing the first systematic, worldwide catalog of the urban microbial ecosystem. This atlas provides an annotated, geospatial profile of microbial strains, functional characteristics, antimicrobial resistance (AMR) markers, and genetic elements, including 10,928 viruses, 1,302 bacteria, 2 archaea, and 838,532 CRISPR arrays not found in reference databases. We identified 4,246 known species of urban microorganisms and a consistent set of 31 species found in 97% of samples that were distinct from human commensal organisms. Profiles of AMR genes varied widely in type and density across cities. Cities showed distinct microbial taxonomic signatures that were driven by climate and geographic differences. These results constitute a high-resolution global metagenomic atlas that enables discovery of organisms and genes, highlights potential public health and forensic applications, and provides a culture-independent view of AMR burden in cities.

Spaceflight induces an immune response in astronauts. To better characterize this effect, we generated single-cell, multi-ome, cell-free RNA (cfRNA), biochemical, and hematology data for the SpaceX Inspiration4 (I4) mission crew. We found that 18 cytokines/chemokines related to inflammation, aging, and muscle homeostasis changed after spaceflight. In I4 single-cell multi-omics data, we identified a "spaceflight signature" of gene expression characterized by enrichment in oxidative phosphorylation, UV response, immune function, and TCF21 pathways. We confirmed the presence of this signature in independent datasets, including the NASA Twins Study, the I4 skin spatial transcriptomics, and 817 NASA GeneLab mouse transcriptomes. Finally, we observed that (1) T cells showed an up-regulation of FOXP3, (2) MHC class I genes exhibited long-term suppression, and (3) infection-related immune pathways were associated with microbiome shifts. In summary, this study reveals conserved and distinct immune disruptions occurring and details a roadmap for potential countermeasures to preserve astronaut health.

Spaceflight induces molecular, cellular and physiological shifts in astronauts and poses myriad biomedical challenges to the human body, which are becoming increasingly relevant as more humans venture into space

Maintenance of astronaut health during spaceflight will require monitoring and potentially modulating their microbiomes. However, documenting microbial shifts during spaceflight has been difficult due to mission constraints that lead to limited sampling and profiling. Here we executed a six-month longitudinal study to quantify the high-resolution human microbiome response to three days in orbit for four individuals. Using paired metagenomics and metatranscriptomics alongside single-nuclei immune cell profiling, we characterized time-dependent, multikingdom microbiome changes across 750 samples and 10 body sites before, during and after spaceflight at eight timepoints. We found that most alterations were transient across body sites; for example, viruses increased in skin sites mostly during flight. However, longer-term shifts were observed in the oral microbiome, including increased plaque-associated bacteria (for example, Fusobacteriota), which correlated with immune cell gene expression. Further, microbial genes associated with phage activity, toxin-antitoxin systems and stress response were enriched across multiple body sites. In total, this study reveals in-depth characterization of microbiome and immune response shifts experienced by astronauts during short-term spaceflight and the associated changes to the living environment, which can help guide future missions, spacecraft design and space habitat planning.

Abstract Background Lake Hillier is a hypersaline lake known for its distinctive bright pink color. The cause of this phenomenon in other hypersaline sites has been attributed to halophiles, Dunaliella , and Salinibacter , however, a systematic analysis of the microbial communities, their functional features, and the prevalence of pigment-producing-metabolisms has not been previously studied. Our results are evidence that Lake Hillier is composed of a diverse set of microorganisms including archaea, bacteria, algae, and viruses. Our data indicate a core microbiome in Lake Hillier composed of multiple pigment-producer microbes, many of which are cataloged as polyextremophiles. Additionally, we estimated the diversity of metabolic pathways in the lake and determined that many of these are related to pigment production. We reconstructed complete or partial genomes for 21 discrete bacteria (N = 14) and archaea (N = 7), only 2 of which could be taxonomically annotated to previously observed species. Our findings provide the first metagenomic study to decipher the source of the pink color of Australia’s Lake Hillier. The study of this pink hypersaline environment is evidence of a microbial consortium of pigment producers, a repertoire of polyextremophiles, a core microbiome and potentially novel species.

Although studies have shown that urban environments and mass-transit systems have distinct genetic profiles, there are no systematic worldwide studies of these dense, human microbial ecosystems. To address this gap in knowledge, we created a global metagenomic and antimicrobial resistance (AMR) atlas of urban mass transit systems from 60 cities, spanning 4,728 samples and 4,424 taxonomically-defined microorganisms collected for three years. This atlas provides an annotated, geospatial profile of microbial strains, functional characteristics, antimicrobial resistance markers, and novel genetic elements, including 10,928 novel predicted viral species, 1302 novel bacteria, and 2 novel archaea. Urban microbiomes often resemble human commensal microbiomes from the skin and airways, but also contain a consistent "core" of 31 species which are predominantly not human commensal species. Samples show distinct microbial signatures which may be used to accurately predict properties of their city of origin including population, proximity to the coast, and taxonomic profile. These data also show that AMR density across cities varies by several orders of magnitude, including many AMRs present on plasmids with cosmopolitan distributions. Together, these results constitute a high-resolution, global metagenomic atlas, which enables the discovery of new genetic components of the built human environment, highlights potential forensic applications, and provides an essential first draft of the global AMR burden of the world's cities.### Competing Interest StatementThe authors have declared no competing interest.

The Microbe Directory (TMD) is a comprehensive database of annotations for microbial species collating features such as gram-stain, capsid-symmetry, resistance to antibiotics and more. This work presents a significant improvement to the original Microbe Directory (2018). This update adds 68,852 taxa, many new annotation features, an interface for the statistical analysis of microbiomes based on TMD features, and presents a portal for the broad community to add or correct entries. This update also adds curated lists of gene annotations which are useful for characterizing microbial genomes. Much of the new data in TMD is sourced from a set of databases and independent studies collating these data into a single quality controlled and curated source. This will allow researchers and clinicians to have easier access to microbial data and provide for the possibility of serendipitous discovery of otherwise unexpected trends.

The High Andean Paramo ecosystem is a unique neotropical mountain biome considered a diversity and evolutionary hotspot. Lichens, which are complex symbiotic structures that contain diverse commensal microbial communities, are prevalent in Paramos. There they play vital roles in soil formation and mineral fixation. In this study we analyzed the microbiomes of seven lichen genera in two Colombian Paramos using 16S rRNA gene analyses and provide the first description of the bacterial communities associated with Cora and Hypotrachyna lichens. Paramo lichen microbiomes were diverse, and in some cases were distinguished based on the identity of the lichen host. The majority of the lichen-associated microorganisms were not present in all lichens sampled and could be considered transient or specialists. We also uncovered sixteen shared taxa that suggest a core lichen microbiome among this diverse group of lichens, broadening our concept of these symbiotic structures. Additionally, we identified strains producing compounds active against clinically relevant pathogens. These results indicate that lichen microbiomes from the Paramo ecosystem are diverse and host-specific but share a taxonomic core and can be a source of new bacterial taxa and antimicrobials.

Abstract Feline coronavirus type 1 (FCoV-1) is widely known for causing feline infectious peritonitis (FIP), a systemic infection that is often fatal, with the virus known as the FIPV biotype. However, subclinical disease also occurs, in which cats may not show signs and intermittently shed the virus, including in feces, possibly for long periods of time. This virus is known as the FECV biotype. Progression of FECV to FIPV has been linked to several genomic changes, however a specific region of the viral spike protein at the interface of the spike S1 and S2 domains has been especially implicated. In this study, we followed a cat (#576) for six years from 2017, at which time FCoV-1 was detected in feces and conjunctival swabs, until 2022, when the animal was euthanized based on a diagnosis of alimentary small cell lymphoma. Over this time period, the cat was clinically diagnosed with inflammatory bowel disease and chronic rhinitis, and cardiac problems were also suspected. Using hybridization capture targeting the spike (S) gene of FCoV followed by next-generation sequencing, we screened 27 clinical samples. We detected FCoV-1 in 4 samples taken in 2017 (intestine and nasal tissue, feces, and conjunctiva), and 3 samples taken in 2022 (feces, and intestinal and heart tissue), but not in fecal samples taken in 2019 and 2020. Next, we focused on the S1/S2 region within S, which contains the furin cleavage site (FCS), a key regulator of viral transmission and pathogenesis. We show that the FCoV-1 variants obtained from feces in 2017 and 2022 were identical, while the ones from conjunctiva (2017), heart (2022), and intestine (2017 and 2022) were distinct. Sequence comparison of all the variants obtained showed that most of the non-synonymous changes in the S1/S2 region occur within the FCS. In the heart, we found two variants that differed by a single nucleotide, resulting in distinct FCS motifs that differ in one amino acid. It is predicted that one of these FCS motifs will down-regulate spike cleavability. The variant from the conjunctiva (2017) had a 6-nucleotide in-frame insertion that resulted in a longer and more exposed S1/S2 loop, which is predicted to be more accessible to the furin protease. Our studies indicate that FCoV-1 can independently persist in the gastrointestinal tract and heart of a cat over a long period of time without evidence of typical FIP signs, with intermittent viral shedding from the gastrointestinal and respiratory tracts.

Abstract The Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus 2 (SARS-CoV-2) has caused thousands of deaths worldwide, including >18,000 in New York City (NYC) alone. The sudden emergence of this pandemic has highlighted a pressing clinical need for rapid, scalable diagnostics that can detect infection, interrogate strain evolution, and identify novel patient biomarkers. To address these challenges, we designed a fast (30-minute) colorimetric test (LAMP) for SARS-CoV-2 infection from naso/oropharyngeal swabs, plus a large-scale shotgun metatranscriptomics platform (total-RNA-seq) for host, bacterial, and viral profiling. We applied both technologies across 857 SARS-CoV-2 clinical specimens and 86 NYC subway samples, providing a broad molecular portrait of the COVID-19 NYC outbreak. Our results define new features of SARS-CoV-2 evolution, nominate a novel, NYC-enriched viral subclade, reveal specific host responses in interferon, ACE, hematological, and olfaction pathways, and examine risks associated with use of ACE inhibitors and angiotensin receptor blockers. Together, these findings have immediate applications to SARS-CoV-2 diagnostics, public health, and new therapeutic targets.