Summary

 On 24^th November 2021, the sequence of a new SARS-CoV-2 viral isolate Omicron-B.1.1.529 was announced, containing far more mutations in Spike (S) than previously reported variants. Neutralization titers of Omicron by sera from vaccinees and convalescent subjects infected with early pandemic Alpha, Beta, Gamma, or Delta are substantially reduced, or the sera failed to neutralize. Titers against Omicron are boosted by third vaccine doses and are high in both vaccinated individuals and those infected by Delta. Mutations in Omicron knock out or substantially reduce neutralization by most of the large panel of potent monoclonal antibodies and antibodies under commercial development. Omicron S has structural changes from earlier viruses and uses mutations that confer tight binding to ACE2 to unleash evolution driven by immune escape. This leads to a large number of mutations in the ACE2 binding site and rebalances receptor affinity to that of earlier pandemic viruses.

The Omicron lineage of SARS-CoV-2, which was first described in November 2021, spread rapidly to become globally dominant and has split into a number of sublineages. BA.1 dominated the initial wave but has been replaced by BA.2 in many countries. Recent sequencing from South Africa’s Gauteng region uncovered two new sublineages, BA.4 and BA.5, which are taking over locally, driving a new wave. BA.4 and BA.5 contain identical spike sequences, and although closely related to BA.2, they contain further mutations in the receptor-binding domain of their spikes. Here, we study the neutralization of BA.4/5 using a range of vaccine and naturally immune serum and panels of monoclonal antibodies. BA.4/5 shows reduced neutralization by the serum from individuals vaccinated with triple doses of AstraZeneca or Pfizer vaccine compared with BA.1 and BA.2. Furthermore, using the serum from BA.1 vaccine breakthrough infections, there are, likewise, significant reductions in the neutralization of BA.4/5, raising the possibility of repeat Omicron infections.

2. Abstract Complete, accurate, cost-effective, and high-throughput reconstruction of bacterial genomes for large-scale genomic epidemiological studies is currently only possible with hybrid assembly, combining long- (typically using nanopore sequencing) and short-read (Illumina) datasets. Being able to utilise nanopore-only data would be a significant advance. Oxford Nanopore Technologies (ONT) have recently released a new flowcell (R10.4) and chemistry (Kit12), which reportedly generate per-read accuracies rivalling those of Illumina data. To evaluate this, we sequenced DNA extracts from four commonly studied bacterial pathogens, namely Escherichia coli , Klebsiella pneumoniae , Pseudomonas aeruginosa and Staphylococcus aureus , using Illumina and ONT’s R9.4.1/Kit10, R10.3/Kit12, R10.4/Kit12 flowcells/chemistries. We compared raw read accuracy and assembly accuracy for each modality, considering the impact of different nanopore basecalling models, commonly used assemblers, sequencing depth, and the use of duplex versus simplex reads. “Super accuracy” (sup) basecalled R10.4 reads - in particular duplex reads - have high per-read accuracies and could be used to robustly reconstruct bacterial genomes without the use of Illumina data. However, the per-run yield of duplex reads generated in our hands with standard sequencing protocols was low (typically <10%), with substantial implications for cost and throughput if relying on nanopore data only to enable bacterial genome reconstruction. In addition, recovery of small plasmids with the best-performing long-read assembler (Flye) was inconsistent. R10.4/Kit12 combined with sup basecalling holds promise as a singular sequencing technology in the reconstruction of commonly studied bacterial genomes, but hybrid assembly (Illumina+R9.4.1 hac) currently remains the highest throughput, most robust, and cost-effective approach to fully reconstruct these bacterial genomes. 3. Impact statement Our understanding of microbes has been greatly enhanced by the capacity to evaluate their genetic make-up using a technology known as whole genome sequencing. Sequencers represent microbial genomes as stretches of shorter sequence known as ‘reads’, which are then assembled using computational algorithms. Different types of sequencing approach have advantages and disadvantages with respect to the accuracy and length of the reads they generate; this in turn affects how reliably genomes can be assembled. Currently, to completely reconstruct bacterial genomes in a high-throughput and cost-effective manner, researchers tend to use two different types of sequencing data, namely Illumina (short-read) and nanopore (long-read) data. Illumina data are highly accurate; nanopore data are much longer, and this combination facilitates accurate and complete bacterial genomes in a so-called “hybrid assembly”. However, new developments in nanopore sequencing have reportedly greatly improved the accuracy of nanopore data, hinting at the possibility of requiring only a single sequencing approach for bacterial genomics. Here we evaluate these improvements in nanopore sequencing in the reconstruction of four bacterial reference strains, where the true sequence is already known. We show that although these improvements are extremely promising, for high-throughput, low-cost complete reconstruction of bacterial genomes hybrid assembly currently remains the optimal approach. 4. Data summary The authors confirm all supporting data, code and protocols have been provided within the article, through supplementary data files, or in publicly accessible repositories. Nanopore fast5 and fastq data are available in the ENA under project accession: PRJEB51164. Assemblies have been made available at: https://figshare.com/articles/online_resource/q20_comparison_genome_assemblies/196838 67. Code and analysis outputs are available at: https://gitlab.com/ModernisingMedicalMicrobiology/assembly_comparison_analysis/-/tree/main (tagged version v0.5.5).

Abstract We have developed an efficient and inexpensive pipeline for streamlining large-scale collection and genome sequencing of bacterial isolates. Evaluation of this method involved a worldwide research collaboration focused on the model organism Salmonella enterica , the 10KSG consortium. By optimising a logistics pipeline that collected isolates as thermolysates, permitting shipment in ambient conditions, the project assembled a diverse collection of 10,419 clinical and environmental isolates from low- and middle-income countries in less than one year. The bacteria were obtained from 51 countries/territories dating from 1949 to 2017, with a focus on Africa and Latin-America. All isolates were collected in barcoded tubes and genome sequenced using an optimised DNA extraction method and the LITE pipeline for library construction. After Illumina sequencing, the total reagent cost was less than USD$10 per genome. Our method can be applied to genome-sequence other large bacterial collections at a relatively low cost, within a limited timeframe, to support global collaborations.

The SARS-CoV-2 genome occupies a unique place in infection biology - it is the most highly sequenced genome on earth (making up over 20% of public sequencing datasets) with fine scale information on sampling date and geography, and has been subject to unprecedented intense analysis. As a result, these phylogenetic data are an incredibly valuable resource for science and public health. However, the vast majority of the data was sequenced by tiling amplicons across the full genome, with amplicon schemes that changed over the pandemic as mutations in the viral genome interacted with primer binding sites. In combination with the disparate set of genome assembly workflows and lack of consistent quality control (QC) processes, the current genomes have many systematic errors that have evolved with the virus and amplicon schemes. These errors have significant impacts on the phylogeny, and therefore over the last few years, many thousands of hours of researchers time has been spent in "eyeballing" trees, looking for artefacts, and then patching the tree. Given the huge value of this dataset, we therefore set out to reprocess the complete set of public raw sequence data in a rigorous amplicon-aware manner, and build a cleaner phylogeny. Here we provide a global tree of 3,960,704 samples, built from a consistently assembled set of high quality consensus sequences from all available public data as of March 2023, viewable at https://viridian.taxonium.org. Each genome was constructed using a novel assembly tool called Viridian (https://github.com/iqbal-lab-org/viridian), developed specifically to process amplicon sequence data, eliminating artefactual errors and mask the genome at low quality positions. We provide simulation and empirical validation of the methodology, and quantify the improvement in the phylogeny. Phase 2 of our project will address the fact that the data in the public archives is heavily geographically biased towards the Global North. We therefore have contributed new raw data to ENA/SRA from many countries including Ghana, Thailand, Laos, Sri Lanka, India, Argentina and Singapore. We will incorporate these, along with all public raw data submitted between March 2023 and the current day, into an updated set of assemblies, and phylogeny. We hope the tree, consensus sequences and Viridian will be a valuable resource for researchers.

Background Reptile-associated Salmonella are a major, but often neglected cause of both gastrointestinal and bloodstream infection globally. The diversity of Salmonella enterica has not yet been determined in venomous snakes, however other cold-blooded animals have been reported to carry a broad range of Salmonella bacteria. We investigated the prevalence and assortment of Salmonella in a collection of venomous snakes in comparison with non-venomous reptiles. Methodology/Principle Findings We used a combination of selective enrichment techniques and whole-genome sequencing. We established a unique dataset of reptilian isolates to study Salmonella enterica species-level evolution and ecology and investigated differences between phylogenetic groups. We observed that 91% of venomous snakes carried Salmonella, and found substantial diversity between the serovars (n=58) carried by reptiles. The Salmonella serovars belonged to four of the six Salmonella enterica subspecies: diarizonae, enterica, houtanae and salamae. Subspecies enterica isolates were distributed among two distinct phylogenetic clusters, previously described as clade A (52%) and clade B (48%). We identified metabolic differences between S. diarizonae, S. enterica clade A and clade B involving growth on lactose, tartaric acid, dulcitol, myo-inositol and allantoin. Significance We present the first whole genome-based comparative study of the Salmonella bacteria that colonise venomous and non-venomous reptiles and shed new light on Salmonella evolution. The findings raise the possibility that venomous snakes are a reservoir for human Salmonellosis in Africa. The proximity of venomous snakes to human dwellings in rural Africa may result in contaminated faecal matter being shed on surfaces and in water sources used for human homes and to irrigate salad crops. Because most of the venomous snakes had been captured in Africa, we conclude that the high level of Salmonella diversity reflects the African environmental niches where the snakes have inhabited.

Summary On the 24 th November 2021 the sequence of a new SARS CoV-2 viral isolate spreading rapidly in Southern Africa was announced, containing far more mutations in Spike (S) than previously reported variants. Neutralization titres of Omicron by sera from vaccinees and convalescent subjects infected with early pandemic as well as Alpha, Beta, Gamma, Delta are substantially reduced or fail to neutralize. Titres against Omicron are boosted by third vaccine doses and are high in cases both vaccinated and infected by Delta. Mutations in Omicron knock out or substantially reduce neutralization by most of a large panel of potent monoclonal antibodies and antibodies under commercial development. Omicron S has structural changes from earlier viruses, combining mutations conferring tight binding to ACE2 to unleash evolution driven by immune escape, leading to a large number of mutations in the ACE2 binding site which rebalance receptor affinity to that of early pandemic viruses.