Significance Epidemics of microbial infections are a considerable threat to human and animal health. Analysis of 3,615 genome sequences, coupled with virulence studies in animals, permitted us to delineate the nature and timing of molecular events that contributed to an ongoing global human epidemic of infections caused by group A Streptococcus , the “flesh-eating” pathogen. We clarified decades-long uncertainty about the timing and sequence of genomic alterations that underpinned the global epidemic. Analyses of this type are crucial for developing better strategies to predict and monitor strain emergence and epidemics, formulate effective protective public health maneuvers, and develop or modify vaccines.

The Alzheimer's Disease Sequencing Project (ADSP) undertook whole exome sequencing in 5,740 late-onset Alzheimer disease (AD) cases and 5,096 cognitively normal controls primarily of European ancestry (EA), among whom 218 cases and 177 controls were Caribbean Hispanic (CH). An age-, sex- and APOE based risk score and family history were used to select cases most likely to harbor novel AD risk variants and controls least likely to develop AD by age 85 years. We tested ~1.5 million single nucleotide variants (SNVs) and 50,000 insertion-deletion polymorphisms (indels) for association to AD, using multiple models considering individual variants as well as gene-based tests aggregating rare, predicted functional, and loss of function variants. Sixteen single variants and 19 genes that met criteria for significant or suggestive associations after multiple-testing correction were evaluated for replication in four independent samples; three with whole exome sequencing (2,778 cases, 7,262 controls) and one with genome-wide genotyping imputed to the Haplotype Reference Consortium panel (9,343 cases, 11,527 controls). The top findings in the discovery sample were also followed-up in the ADSP whole-genome sequenced family-based dataset (197 members of 42 EA families and 501 members of 157 CH families). We identified novel and predicted functional genetic variants in genes previously associated with AD. We also detected associations in three novel genes: IGHG3 (p = 9.8 × 10

The rapid development of next-generation sequencing (NGS) technologies has lowered the barriers to genomic data generation, resulting in millions of samples sequenced across diverse experimental designs. The growing volume and heterogeneity of these sequencing data complicate the further optimization of methods for identifying DNA variation, especially considering that curated high-confidence variant call sets commonly used to evaluate these methods are generally developed by reference to results from the analysis of comparatively small and homogeneous sample sets. We have developed xAtlas, an application for the identification of single nucleotide variants (SNV) and small insertions and deletions (indels) in NGS data. xAtlas is easily scalable and enables execution and retraining with rapid development cycles. Generation of variant calls in VCF or gVCF format from BAM or CRAM alignments is accomplished in less than one CPU-hour per 30× short-read human whole-genome. The retraining capabilities of xAtlas allow its core variant evaluation models to be optimized on new sample data and user-defined truth sets. Obtaining SNV and indels calls from xAtlas can be achieved more than 40 times faster than established methods while retaining the same accuracy.

For over a century, a fundamental objective in infection biology research has been to understand the molecular processes contributing to the origin and perpetuation of epidemics. Divergent hypotheses have emerged concerning the extent to which environmental events or pathogen evolution dominates in these processes. Remarkably few studies bear on this important issue. Based on population pathogenomic analysis of 1200 Streptococcus pyogenes type emm89 infection isolates, we report that a series of horizontal gene transfer events produced a new pathogenic genotype with increased ability to cause infection, leading to an epidemic wave of disease on at least two continents. In the aggregate, these and other genetic changes substantially remodeled the transcriptomes of the evolved progeny, causing extensive differential expression of virulence genes and altered pathogen:host interaction, including enhanced immune evasion. Our findings delineate the precise molecular genetic changes that occurred and enhance our understanding of the evolutionary processes that contribute to the emergence and persistence of epidemically successful pathogen clones. The data have significant implications for understanding bacterial epidemics and translational research efforts to blunt their detrimental effects.