Babesiosis, caused by protozoan parasites of the genus Babesia, is an emerging tick-borne disease of significance for both human and animal health. Babesia parasites infect erythrocytes of vertebrate hosts where they develop and multiply rapidly to cause the pathological symptoms associated with the disease. The identification of new Babesia species underscores the ongoing risk of zoonotic pathogens capable of infecting humans, a concern amplified by anthropogenic activities and environmental changes. One such pathogen, Babesia MO1, previously implicated in severe cases of human babesiosis in the United States, was initially considered a subspecies of B. divergens, the predominant agent of human babesiosis in Europe. Here we report comparative multiomics analyses of B. divergens and B. MO1 that offer insight into their biology and evolution. Our analysis shows that despite their highly similar genomic sequences, substantial genetic and genomic divergence occurred throughout their evolution resulting in major differences in gene functions, expression and regulation, replication rates and susceptibility to antiparasitic drugs. Furthermore, both pathogens have evolved distinct classes of multigene families, crucial for their pathogenicity and adaptation to specific mammalian hosts. Leveraging genomic information for B. MO1, B. divergens, and other members of the Babesiidae family within Apicomplexa provides valuable insights into the evolution, diversity, and virulence of these parasites. This knowledge serves as a critical tool in preemptively addressing the emergence and rapid transmission of more virulent strains.

Abstract Babesiosis, caused by protozoan parasites of the genus Babesia , is an emerging tick-borne disease of significance for both human and animal health. Babesia parasites infect erythrocytes of vertebrate hosts where they develop and multiply rapidly to cause the pathological symptoms associated with the disease. The identification of various Babesia species underscores the ongoing risk of new zoonotic pathogens capable of infecting humans, a concern amplified by anthropogenic activities and environmental shifts impacting the distribution and transmission dynamics of parasites, their vectors, and reservoir hosts. One such species, Babesia MO1, previously implicated in severe cases of human babesiosis in the midwestern United States, was initially considered closely related to B. divergens , the predominant agent of human babesiosis in Europe. Yet, uncertainties persist regarding whether these pathogens represent distinct variants of the same species or are entirely separate species. We show that although both B. MO1 and B. divergens share similar genome sizes, comprising three nuclear chromosomes, one linear mitochondrial chromosome, and one circular apicoplast chromosome, major differences exist in terms of genomic sequence divergence, gene functions, transcription profiles, replication rates and susceptibility to antiparasitic drugs. Furthermore, both pathogens have evolved distinct classes of multigene families, crucial for their pathogenicity and adaptation to specific mammalian hosts. Leveraging genomic information for B. MO1, B. divergens , and other members of the Babesiidae family within Apicomplexa provides valuable insights into the evolution, diversity, and virulence of these parasites. This knowledge serves as a critical tool in preemptively addressing the emergence and rapid transmission of more virulent strains.

Abstract Babesia species are tick-transmitted apicomplexan pathogens and the causative agents of babesiosis, a malaria-like disease of major medical and veterinary importance. Of the different species of Babesia reported so far, Babesia duncani causes severe to lethal infection in patients. Despite the highly virulent nature of this parasite and the risk it may pose as an emerging pathogen, little is known about its biology, metabolic requirements, and pathogenesis. B. duncani is unique among apicomplexan parasites that infect red blood cells in that it can be continuously cultured in vitro in human erythrocytes but can also infect mice leading to fulminant babesiosis infection and death. Here we have taken advantage of the recent advances in the propagation of this parasite in vitro and in vivo to conduct detailed molecular, genomic and transcriptomic analyses and to gain insights into its biology. We report the assembly, 3D structure, and annotation of the nuclear genome of this parasite as well as its transcriptomic profile and an atlas of its metabolism during its intraerythrocytic life cycle. Detailed examination of the B. duncani genome and comparative genomic analyses identified new classes of candidate virulence factors, suitable antigens for diagnosis of active infection, and several attractive drug targets. Translational analyses and efficacy studies identified highly potent inhibitors of B. duncani thus enriching the pipeline of small molecules that could be developed as effective therapies for the treatment of human babesiosis.