Systemic lupus erythematosus (SLE) is a complex, inflammatory autoimmune disease that affects multiple organ systems. We used global gene expression profiling of peripheral blood mononuclear cells to identify distinct patterns of gene expression that distinguish most SLE patients from healthy controls. Strikingly, about half of the patients studied showed dysregulated expression of genes in the IFN pathway. Furthermore, this IFN gene expression “signature” served as a marker for more severe disease involving the kidneys, hematopoetic cells, and/or the central nervous system. These results provide insights into the genetic pathways underlying SLE, and identify a subgroup of patients who may benefit from therapies targeting the IFN pathway.

The apicomplexan Cryptosporidium parvum is an intestinal parasite that affects healthy humans and animals, and causes an unrelenting infection in immunocompromised individuals such as AIDS patients. We report the complete genome sequence of C. parvum , type II isolate. Genome analysis identifies extremely streamlined metabolic pathways and a reliance on the host for nutrients. In contrast to Plasmodium and Toxoplasma , the parasite lacks an apicoplast and its genome, and possesses a degenerate mitochondrion that has lost its genome. Several novel classes of cell-surface and secreted proteins with a potential role in host interactions and pathogenesis were also detected. Elucidation of the core metabolism, including enzymes with high similarities to bacterial and plant counterparts, opens new avenues for drug development.

Cryptosporidium species cause acute gastroenteritis and diarrhoea worldwide. They are members of the Apicomplexa—protozoan pathogens that invade host cells by using a specialized apical complex and are usually transmitted by an invertebrate vector or intermediate host. In contrast to other Apicomplexans, Cryptosporidium is transmitted by ingestion of oocysts and completes its life cycle in a single host. No therapy is available, and control focuses on eliminating oocysts in water supplies1. Two species, C. hominis and C. parvum, which differ in host range, genotype and pathogenicity, are most relevant to humans1,2,3. C. hominis is restricted to humans, whereas C. parvum also infects other mammals2. Here we describe the eight-chromosome ∼9.2-million-base genome of C. hominis2. The complement of C. hominis protein-coding genes shows a striking concordance with the requirements imposed by the environmental niches the parasite inhabits. Energy metabolism is largely from glycolysis. Both aerobic and anaerobic metabolisms are available, the former requiring an alternative electron transport system in a simplified mitochondrion. Biosynthesis capabilities are limited, explaining an extensive array of transporters. Evidence of an apicoplast is absent, but genes associated with apical complex organelles are present. C. hominis and C. parvum exhibit very similar gene complements, and phenotypic differences between these parasites must be due to subtle sequence divergence.

We describe here the complete genome sequence of a common clone of Mycobacterium avium subspecies paratuberculosis (Map) strain K-10, the causative agent of Johne's disease in cattle and other ruminants. The K-10 genome is a single circular chromosome of 4,829,781 base pairs and encodes 4,350 predicted ORFs, 45 tRNAs, and one rRNA operon. In silico analysis identified >3,000 genes with homologs to the human pathogen, M. tuberculosis (Mtb), and 161 unique genomic regions that encode 39 previously unknown Map genes. Analysis of nucleotide substitution rates with Mtb homologs suggest overall strong selection for a vast majority of these shared mycobacterial genes, with only 68 ORFs with a synonymous to nonsynonymous substitution ratio of >2. Comparative sequence analysis reveals several noteworthy features of the K-10 genome including: a relative paucity of the PE/PPE family of sequences that are implicated as virulence factors and known to be immunostimulatory during Mtb infection; truncation in the EntE domain of a salicyl-AMP ligase (MbtA), the first gene in the mycobactin biosynthesis gene cluster, providing a possible explanation for mycobactin dependence of Map; and Map-specific sequences that are likely to serve as potential targets for sensitive and specific molecular and immunologic diagnostic tests. Taken together, the availability of the complete genome sequence offers a foundation for the study of the genetic basis for virulence and physiology in Map and enables the development of new generations of diagnostic tests for bovine Johne's disease.

Acute rheumatic fever (ARF), a sequelae of group A Streptococcus (GAS) infection, is the most common cause of preventable childhood heart disease worldwide. The molecular basis of ARF and the subsequent rheumatic heart disease are poorly understood. Serotype M18 GAS strains have been associated for decades with ARF outbreaks in the U.S. As a first step toward gaining new insight into ARF pathogenesis, we sequenced the genome of strain MGAS8232, a serotype M18 organism isolated from a patient with ARF. The genome is a circular chromosome of 1,895,017 bp, and it shares 1.7 Mb of closely related genetic material with strain SF370 (a sequenced serotype M1 strain). Strain MGAS8232 has 178 ORFs absent in SF370. Phages, phage-like elements, and insertion sequences are the major sources of variation between the genomes. The genomes of strain MGAS8232 and SF370 encode many of the same proven or putative virulence factors. Importantly, strain MGAS8232 has genes encoding many additional secreted proteins involved in human-GAS interactions, including streptococcal pyrogenic exotoxin A (scarlet fever toxin) and two uncharacterized pyrogenic exotoxin homologues, all phage-associated. DNA microarray analysis of 36 serotype M18 strains from diverse localities showed that most regions of variation were phages or phage-like elements. Two epidemics of ARF occurring 12 years apart in Salt Lake City, UT, were caused by serotype M18 strains that were genetically identical, or nearly so. Our analysis provides a critical foundation for accelerated research into ARF pathogenesis and a molecular framework to study the plasticity of GAS genomes.

White-tailed deer ( Odocoileus virginianus ) are highly susceptible to infection by SARS-CoV-2, with multiple reports of widespread spillover of virus from humans to free-living deer. While the recently emerged SARS-CoV-2 B.1.1.529 Omicron variant of concern (VoC) has been shown to be notably more transmissible amongst humans, its ability to cause infection and spillover to non-human animals remains a challenge of concern. We found that 19 of the 131 (14.5%; 95% CI: 0.10-0.22) white-tailed deer opportunistically sampled on Staten Island, New York, between December 12, 2021, and January 31, 2022, were positive for SARS-CoV-2 specific serum antibodies using a surrogate virus neutralization assay, indicating prior exposure. The results also revealed strong evidence of age-dependence in antibody prevalence. A significantly (χ 2 , p < 0.001) greater proportion of yearling deer possessed neutralizing antibodies as compared with fawns (OR=12.7; 95% CI 4-37.5). Importantly, SARS-CoV-2 nucleic acid was detected in nasal swabs from seven of 68 (10.29%; 95% CI: 0.0-0.20) of the sampled deer, and whole-genome sequencing identified the SARS-CoV-2 Omicron VoC (B.1.1.529) is circulating amongst the white-tailed deer on Staten Island. Phylogenetic analyses revealed the deer Omicron sequences clustered closely with other, recently reported Omicron sequences recovered from infected humans in New York City and elsewhere, consistent with human to deer spillover. Interestingly, one individual deer was positive for viral RNA and had a high level of neutralizing antibodies, suggesting either rapid serological conversion during an ongoing infection or a "breakthrough" infection in a previously exposed animal. Together, our findings show that the SARS-CoV-2 B.1.1.529 Omicron VoC can infect white-tailed deer and highlights an urgent need for comprehensive surveillance of susceptible animal species to identify ecological transmission networks and better assess the potential risks of spillback to humans.These studies provide strong evidence of infection of free-living white-tailed deer with the SARS-CoV-2 B.1.1.529 Omicron variant of concern on Staten Island, New York, and highlight an urgent need for investigations on human-to-animal-to-human spillovers/spillbacks as well as on better defining the expanding host-range of SARS-CoV-2 in non-human animals and the environment.

Abstract Many animal species are susceptible to SARS-CoV-2 and could potentially act as reservoirs, yet transmission of the virus in non-human free-living animals has not been documented. White-tailed deer ( Odocoileus virginianus ), the predominant cervid in North America, are susceptible to SARS-CoV-2 infection, and experimentally infected fawns can transmit the virus. To test the hypothesis that SARS-CoV-2 may be circulating in deer, we tested 283 retropharyngeal lymph node (RPLN) samples collected from 151 free-living and 132 captive deer in Iowa from April 2020 through December of 2020 for the presence of SARS-CoV-2 RNA. Ninety-four of the 283 deer (33.2%; 95% CI: 28, 38.9) samples were positive for SARS-CoV-2 RNA as assessed by RT-PCR. Notably, between November 23, 2020 and January 10, 2021, 80 of 97 (82.5%; 95% CI 73.7, 88.8) RPLN samples had detectable SARS-CoV-2 RNA by RT-PCR. Whole genome sequencing of the 94 positive RPLN samples identified 12 SARS-CoV-2 lineages, with B.1.2 (n = 51; 54.5%), and B.1.311 ( n = 19; 20%) accounting for ~75% of all samples. The geographic distribution and nesting of clusters of deer and human lineages strongly suggest multiple zooanthroponotic spillover events and deer-to-deer transmission. The discovery of sylvatic and enzootic SARS-CoV-2 transmission in deer has important implications for the ecology and long-term persistence, as well as the potential for spillover to other animals and spillback into humans. These findings highlight an urgent need for a robust and proactive “One Health” approach to obtaining a better understanding of the ecology and evolution of SARS-CoV-2. One-Sentence Summary SARS-CoV-2 was detected in one-third of sampled white-tailed deer in Iowa between September 2020 and January of 2021 that likely resulted from multiple human-to-deer spillover and deer-to-deer transmission events.

The ongoing evolution of SARS-CoV-2 into more easily transmissible and infectious variants has sparked concern over the continued effectiveness of existing therapeutic antibodies and vaccines. Hence, together with increased genomic surveillance, methods to rapidly develop and assess effective interventions are critically needed. Here we report the discovery of SARS-CoV-2 neutralizing antibodies isolated from COVID-19 patients using a high-throughput platform. Antibodies were identified from unpaired donor B-cell and serum repertoires using yeast surface display, proteomics, and public light chain screening. Cryo-EM and functional characterization of the antibodies identified N3-1, an antibody that binds avidly (K

Abstract Zika virus (ZIKV) is a historically neglected flavivirus that has recently caused epidemics in the western hemisphere. ZIKV has been associated with severe symptoms including infant microcephaly and Guillain Barré syndrome, stimulating interest in understanding factors governing ZIKV infection. Heat shock protein 70 (Hsp70) has been shown to be an infection factor for multiple viruses. We investigated the role of Hsp70 in the ZIKV infection process. We localized Hsp70 protein to the Vero cell membrane surface by confocal microscopy and demonstrated that, inside the cell, there is significant co-localization between Hsp70 and ZIKV E protein. Inducing and suppressing Hsp70 expression increased and decreased ZIKV production, respectively. Antibody blocking cell surface-localized Hsp70 decreased ZIKV cell infection rates and production of infectious virus particles, as did competition with recombinant Hsp70 protein. Our data suggest that Hsp70 is an important factor in the ZIKV infection process. Understanding the interactions between Hsp70 and ZIKV may lead to novel therapeutics for ZIKV infection, particularly for pregnant women and fetuses.

ABSTRACT The association of the receptor binding domain (RBD) of SARS-CoV-2 viral spike with human angiotensin converting enzyme (hACE2) represents the first required step for viral entry. Amino acid changes in the RBD have been implicated with increased infectivity and potential for immune evasion. Reliably predicting the effect of amino acid changes in the ability of the RBD to interact more strongly with the hACE2 receptor can help assess the public health implications and the potential for spillover and adaptation into other animals. Here, we introduce a two-step framework that first relies on 48 independent 4-ns molecular dynamics (MD) trajectories of RBD-hACE2 variants to collect binding energy terms decomposed into Coulombic, covalent, van der Waals, lipophilic, generalized Born electrostatic solvation, hydrogen-bonding, π-π packing and self-contact correction terms. The second step implements a neural network to classify and quantitatively predict binding affinity using the decomposed energy terms as descriptors. The computational base achieves an accuracy of 82.2% in terms of correctly classifying single amino-acid substitution variants of the RBD as worsening or improving binding affinity for hACE2 and a correlation coefficient r of 0.69 between predicted and experimentally calculated binding affinities. Both metrics are calculated using a 5-fold cross validation test. Our method thus sets up a framework for effectively screening binding affinity change with unknown single and multiple amino-acid changes. This can be a very valuable tool to predict host adaptation and zoonotic spillover of current and future SARS-CoV-2 variants.