Abstract Motivation Microbial communities influence both human health and different environments. Viruses infecting bacteria, known as bacteriophages or phages, play a key role in modulating bacterial communities within environments. High-quality phage genome sequences are essential for advancing our understanding of phage biology, enabling comparative genomics studies, and developing phage-based diagnostic tools. Most available viral identification tools consider individual sequences to determine whether they are of viral origin. As a result of the challenges in viral assembly, fragmentation of genomes can occur, leading to the need for new approaches in viral identification. Therefore, the identification and characterisation of novel phages remain a challenge. Results We introduce Phables, a new computational method to resolve phage genomes from fragmented viral metagenome assemblies. Phables identifies phage-like components in the assembly graph, models each component as a flow network, and uses graph algorithms and flow decomposition techniques to identify genomic paths. Experimental results of viral metagenomic samples obtained from different environments show that Phables recovers on average over 49% more high-quality phage genomes compared to existing viral identification tools. Furthermore, Phables can resolve variant phage genomes with over 99% average nucleotide identity, a distinction that existing tools are unable to make. Availability and Implementation Phables is available on GitHub at https://github.com/Vini2/phables . Contact vijini.mallawaarachchi@flinders.edu.au

Bacteroides, the prominent bacteria in the human gut, play a crucial role in degrading complex polysaccharides. Their abundance is influenced by phages belonging to the Crassvirales order. Despite identifying over 600 Crassvirales genomes computationally, only few have been successfully isolated. Continued efforts in isolation of more Crassvirales genomes can provide insights into phage-host-evolution and infection mechanisms. We focused on wastewater samples, as potential sources of phages infecting various Bacteroides hosts. Sequencing, assembly, and characterization of isolated phages revealed 14 complete genomes belonging to three novel Crassvirales species infecting Bacteroides cellulosilyticus WH2. These species, Kehishuvirus sp. 'tikkala' strain Bc01, Kolpuevirus sp. 'frurule' strain Bc03, and 'Rudgehvirus jaberico' strain Bc11, spanned two families, and three genera, displaying a broad range of virion productions. Upon testing all successfully cultured Crassvirales species and their respective bacterial hosts, we discovered that they do not exhibit co-evolutionary patterns with their bacterial hosts. Furthermore, we observed variations in gene similarity, with greater shared similarity observed within genera. However, despite belonging to different genera, the three novel species shared a unique structural gene that encodes the tail spike protein. When investigating the relationship between this gene and host interaction, we discovered evidence of purifying selection, indicating its functional importance. Moreover, our analysis demonstrated that this tail spike protein binds to the TonB-dependent receptors present on the bacterial host surface. Combining these observations, our findings provide insights into phage-host interactions and present three Crassvirales species as an ideal system for controlled infectivity experiments on one of the most dominant members of the human enteric virome.Bacteriophages play a crucial role in shaping microbial communities within the human gut. Among the most dominant bacteriophages in the human gut microbiome are Crassvirales phages, which infect Bacteroides. Despite being widely distributed, only a few Crassvirales genomes have been isolated, leading to a limited understanding of their biology, ecology, and evolution. This study isolated and characterized three novel Crassvirales genomes belonging to two different families, and three genera, but infecting one bacterial host, Bacteroides cellulosilyticus WH2. Notably, the observation confirmed the phages are not co-evolving with their bacterial hosts, rather have a shared ability to exploit similar features in their bacterial host. Additionally, the identification of a critical viral protein undergoing purifying selection and interacting with the bacterial receptors opens doors to targeted therapies against bacterial infections. Given Bacteroides role in polysaccharide degradation in the human gut, our findings advance our understanding of the phage-host interactions and could have important implications for the development of phage-based therapies. These discoveries may hold implications for improving gut health and metabolism to support overall well-being.The genomes used in this research are available on Sequence Read Archive (SRA) within the project, PRJNA737576. Bacteroides cellulosilyticus WH2, Kehishuvirus sp. 'tikkala' strain Bc01, Kolpuevirus sp. ' frurule' strain Bc03, and 'Rudgehvirus jaberico' strain Bc11 are all available on GenBank with accessions NZ_CP072251.1 ( B. cellulosilyticus WH2), QQ198717 (Bc01), QQ198718 (Bc03), and QQ198719 (Bc11), and we are working on making the strains available through ATCC. The 3D protein structures for the three Crassvirales genomes are available to download at doi.org/10.25451/flinders.21946034.

Phages dominate every ecosystem on the planet. While virulent phages sculpt the microbiome by killing their bacterial hosts, temperate phages provide unique growth advantages to their hosts through lysogenic conversion. Many prophages benefit their host, and prophages are responsible for genotypic and phenotypic differences that separate individual microbial strains. However, the microbes also endure a cost to maintain those phages: additional DNA to replicate and proteins to transcribe and translate. We have never quantified those benefits and costs. Here, we analysed over two and a half million prophages from over half a million bacterial genome assemblies. Analysis of the whole dataset and a representative subset of taxonomically diverse bacterial genomes demonstrated that the normalised prophage density was uniform across all bacterial genomes above 2 Mbp. We identified a constant carrying capacity of phage DNA per bacterial DNA. We estimated that each prophage provides cellular services equivalent to approximately 2.4 % of the cell’s energy or 0.9 ATP per bp per hour. We demonstrate analytical, taxonomic, geographic, and temporal disparities in identifying prophages in bacterial genomes that provide novel targets for identifying new phages. We anticipate that the benefits bacteria accrue from the presence of prophages balance the energetics involved in supporting prophages. Furthermore, our data will provide a new framework for identifying phages in environmental datasets, diverse bacterial phyla, and from different locations.

Abstract Elasmobranch epidermal microbiomes are species-specific, yet microbial assembly and retainment drivers are mainly unknown. The contribution of host-derived factors in recruiting an associated microbiome is essential for understanding host-microbe interactions. Here, we focus on the physical aspect of the host skin in structuring microbial communities. Each species of elasmobranch exhibits unique denticle morphology, and we investigate whether microbial communities and functional pathways are correlated with the morphological features or follow the phylogeny of the three species. We extracted and sequenced the DNA from the epidermal microbial communities of three captive shark species: Horn ( Heterodontus francisci ), Leopard ( Triakis semifasciata ), and Swell shark ( Cephaloscyllium ventriosum ) and use electron microscopy to measure the dermal denticle features of each species. Our results outline species-specific microbial communities, as microbiome compositions vary at the phyla level; C. ventriosum hosted a higher relative abundance of Pseudomonadota and Bacillota, while H. francisci were associated with a higher prevalence of Euryarchaeota and Aquificae, and Bacteroidota and Crenarchaeota were ubiquitous with T. semifasciata . Functional pathways performed by each species’ respective microbiome were species-specific metabolic. Microbial genes associated with aminosugars and electron-accepting reactions were correlated with the distance between dermal denticles, whereas desiccation stress genes were only present when the dermal denticle overlapped. Microbial genes associated with Pyrimidines, chemotaxis and virulence followed the phylogeny of the sharks. Several microbial genera display associations that resemble host evolutionary lineage, while others had linear relationships with interdenticle distance. Therefore, denticle morphology was a selective influence for some microbes and functions in the microbiome contributing to the phylosymbiosis. Importance Microbial communities form species-specific relationships with vertebrate hosts, but the drivers of these relationships remain an outstanding question. We explore the relationship between a physical feature of the host and the microbial community. A distinguishing feature of the subclass Elasmobranchii (sharks, rays, and skates), is the presence of dermal denticles on the skin. These structures protrude through the epidermis providing increased swimming efficiency for the host and an artificial model skin affect microbial recruitment and establishment of cultured microbes but has not been tested on natural microbiomes. Here, we show some naturally occurring microbial genera and functional attributes were correlated with dermal denticle features, suggesting they are one, but not only contributing factor in microbiome structure on benthic sharks.

Improvements in the accuracy and availability of long-read sequencing mean that complete bacterial genomes are now routinely reconstructed using a long-read first assembly approach, usually supplemented with short-read polishing. Complete genomes allow a deeper understanding of bacterial evolution and genomic variation beyond small nucleotide variants (SNVs). They allow for the detection of larger structural variants and the identification of plasmid sequences distinct from the chromosome, which often carry medically significant antimicrobial resistance (AMR) genes. Here, we present Hybracter, a fast and scalable tool implemented in Snakemake with a Snaketool-powered command line interface that allows fast automatic recovery of near-perfect complete bacterial genomes. We compared Hybracter to other contemporary automated command-line hybrid assembly tools using reads from a panel of isolates with matching manually curated genome assemblies as ground truth references. We demonstrate that Hybracter is significantly more accurate and faster than the current popular gold standard automated hybrid assembler Unicycler.