Tigecycline is one of the last-resort antibiotics to treat complicated infections caused by both multidrug-resistant Gram-negative and Gram-positive bacteria1. Tigecycline resistance has sporadically occurred in recent years, primarily due to chromosome-encoding mechanisms, such as overexpression of efflux pumps and ribosome protection2,3. Here, we report the emergence of the plasmid-mediated mobile tigecycline resistance mechanism Tet(X4) in Escherichia coli isolates from China, which is capable of degrading all tetracyclines, including tigecycline and the US FDA newly approved eravacycline. The tet(X4)-harbouring IncQ1 plasmid is highly transferable, and can be successfully mobilized and stabilized in recipient clinical and laboratory strains of Enterobacteriaceae bacteria. It is noteworthy that tet(X4)-positive E. coli strains, including isolates co-harbouring mcr-1, have been widely detected in pigs, chickens, soil and dust samples in China. In vivo murine models demonstrated that the presence of Tet(X4) led to tigecycline treatment failure. Consequently, the emergence of plasmid-mediated Tet(X4) challenges the clinical efficacy of the entire family of tetracycline antibiotics. Importantly, our study raises concern that the plasmid-mediated tigecycline resistance may further spread into various ecological niches and into clinical high-risk pathogens. Collective efforts are in urgent need to preserve the potency of these essential antibiotics. Plasmid-encoded tet(X) genes from Escherichia coli in China confer high-level tigecycline resistance.

The lateral flow assay is one of the most convenient analytical techniques for analyzing the immune response, but its applicability to precise genetic analyses is limited by the false-positive signal and tedious and inefficient hybridization steps. Here, we introduce the CRISPR (clustered regularly interspaced short palindromic repeats) /Cas system into the lateral flow assay, termed CRISPR/Cas9-mediated lateral flow nucleic acid assay (CASLFA), to address such issues. In this study, CASLFA is utilized to identify Listeria monocytogenes, genetically modified organisms (GMOs), and African swine fever virus (ASFV) at a detection limit of hundreds of copies of genome samples with high specificity within 1 h. We further evaluated the performance of CASLFA in a nonlaboratory environment and successfully confirmed 27 ASFV-infected samples from 110 suspected swine serum samples, with an accuracy of 100% when compared to real-time PCR (RT-PCR) assay. CASLFA satisfies some of the characteristics of a next-generation molecular diagnostics tool due to its rapidity and accuracy, allowing for point-of-care use without the need for technical expertise and complex ancillary equipment. This method has great potential for gene analysis in resource-poor or nonlaboratory environments.

Polymyxins are the last line of defense against lethal infections caused by multidrug resistant Gram-negative pathogens. Very recently, the use of polymyxins has been greatly challenged by the emergence of the plasmid-borne mobile colistin resistance gene (mcr-1). However, the mechanistic aspects of the MCR-1 colistin resistance are still poorly understood. Here we report the comparative genomics of two new mcr-1-harbouring plasmids isolated from the human gut microbiota, highlighting the diversity in plasmid transfer of the mcr-1 gene. Further genetic dissection delineated that both the trans-membrane region and a substrate-binding motif are required for the MCR-1-mediated colistin resistance. The soluble form of the membrane protein MCR-1 was successfully prepared and verified. Phylogenetic analyses revealed that MCR-1 is highly homologous to its counterpart PEA lipid A transferase in Paenibacili, a known producer of polymyxins. The fact that the plasmid-borne MCR-1 is placed in a subclade neighboring the chromosome-encoded colistin-resistant Neisseria LptA (EptA) potentially implies parallel evolutionary paths for the two genes. In conclusion, our finding provids a first glimpse of mechanism for the MCR-1-mediated colistin resistance.

Gold-nanoparticles-based colorimetric assay is an attractive detection format, but is limited by the tedious and ineffective posthybridization manipulations for genomic analysis. Here, we present a new design for a colorimetric gene-sensing platform based on the clustered regularly interspaced short palindromic repeats (CRISPR)/Cas system. In this strategy, programmable recognition of DNA by Cas12a/crRNA and RNA by Cas13a/crRNA with a complementary target activates the trans-ssDNA or -ssRNA cleavage. Target-induced trans-ssDNA or ssRNA cleavage triggers an aggregation behavior change for the designed AuNPs–DNA probes pair, enabling the completion of naked-eye gene detection (transgenic rice, African swine fever virus, and miRNAs as the models) within 1 h. This platform is also showing promise as a fast and inexpensive tool for bacteria identification using 16S rDNA or 16S rRNA. A CRISPR/Cas-based colorimetric platform shows superior characteristics, such as probe universality, compatibility with isothermal reaction conditions, on-site detection capability, and high sensitivity, thus, demonstrating its use as a robust next-generation gene detection platform.

The recently reported freezing-based labeling method for constructing DNA-AuNP probes is rapid but still requires thiol modification. Here, we evaluated a poly(A)-tagged DNA sequence using the freezing-based labeling method, and the results demonstrated that approximately 10 A bases at the sequence ends are essential. More detailed observations revealed that some DNA sequences tend to form secondary structures and thus shield exposed A bases, resulting in inefficient or failed labeling. However, successful labeling was restored by simply increasing the poly(A)-base number. Building on these discoveries, we developed three kinds of AuNP-based bioprobes, DNA-AuNP, RNA-AuNP, and DNA-enzyme-AuNP, using the freezing-based labeling method. This method was completed in a single mixing step with no need for thiol modification, representing one of the most convenient and lowest cost AuNP bioprobe labeling techniques ever reported. In addition, the resulting AuNP bioprobes were further used to advance CRISPR-based diagnostics through the development of user-friendly colorimetric, fluorescence, and lateral flow detection strategies.

Abstract The emergence of tet (X) genes has compromised the clinical use of the last-line antibiotic tigecycline. We identified 322 (1.21%) tet (X) positive samples from 12,829 human microbiome samples distributed in four continents (Asia, Europe, North America and South America) using retrospective data from worldwide. These tet (X) genes were dominated by tet (X2)-like orthologs but we also identified 12 samples carrying novel tet (X) genes, designed tet (X15) and tet (X16), that were resistant to tigecycline. The metagenomic analysis revealed these tet (X) genes distributed in anaerobes dominated by Bacteroidaceae (78.89%) of human-gut origin. The transmission of these tet (X2)-like orthologs between Bacteroidaceae and Riemerella anatipestifer was primarily promoted by the mobile elements IS Bf11 and IS 4351. tet (X2)-like orthologs was also developed during transmission by mutation to high-level tigecycline resistant determinants tet (X15) and tet (X16). Further tracing these tet (X) in single bacterial isolate from public repository indicated that tet (X) genes were present as early as 1960s in R. anatipestifer that was the primary tet (X) carrier at early stage (before 2000). The tet (X2) and non- tet (X2) orthologs were primarily distributed in humans and food animals respectively, and non- tet (X2) were dominated by tet (X3) and tet (X4). Genomic comparison indicated these tet (X) genes were likely to be generated during tet (X) transmission between Flavobacteriaceae and E. coli / Acinetobacter spp.., and IS CR2 played a key role in the transmission. These results suggest R. anatipestifer was the potential ancestral source of tet (X) gene. Additionally, Bacteroidaceae of human-gut origin was an important hidden reservoir and mutational incubator for the mobile tet (X) genes that enabled spread to facultative anaerobes and aerobes.

ABSTRACT Horseshoe bats ( Rhinolophus sinicus ) might help maintain coronaviruses severely affecting human health, such as SARS-CoV and SARS-CoV-2. It has long been suggested that bats may be more tolerant of viral infection than other mammals due to their unique immune system, but the exact mechanism remains to be fully explored. During the COVID-19 pandemic, multiple animal species were diseased by SARS-CoV-2 infection, especially in the respiratory system. Herein, single-cell transcriptomic data of the lungs of a horseshoe bat, a cat, a tiger, and a pangolin were generated. The receptor distribution of twenty-eight respiratory viruses belonging to fourteen viral families were characterized for the four species. Comparison on the immune-related transcripts further revealed limited cytokine activations in bats, which might explain the reason why bats experienced only mild diseases or even no symptoms upon virus infection. Our findings might increase our understanding of the immune background of horseshoe bats and their insensitivity to virus infections.

Antimicrobial resistance poses a significant global challenge, demanding innovative approaches, such as the CRISPR-Cas-mediated resistance plasmid or gene-curing system, to effectively combat this urgent crisis. To enable successful curing of antimicrobial genes or plasmids through CRISPR-Cas technology, the development of an efficient broad-host-range delivery system is paramount. In this study, we have successfully designed and constructed a novel functional gene delivery plasmid, pQ-mini, utilizing the backbone of a broad-host-range Inc.Q plasmid. Moreover, we have integrated the CRISPR-Cas12f system into the pQ-mini plasmid to enable gene-curing in broad-host of bacteria. Our findings demonstrate that pQ-mini facilitates the highly efficient transfer of genetic elements to diverse bacteria, particularly in various species in the order of Enterobacterales, exhibiting a broader host range and superior conjugation efficiency compared to the commonly used pMB1-like plasmid. Notably, pQ-mini effectively delivers the CRISPR-Cas12f system to antimicrobial-resistant strains, resulting in remarkable curing efficiencies for plasmid-borne mcr-1 or blaKPC genes that are comparable to those achieved by the previously reported pCasCure system. In conclusion, our study successfully establishes and optimizes pQ-mini as a broad-host-range functional gene delivery vector. Furthermore, in combination with the CRISPR-Cas system, pQ-mini demonstrates its potential for broad-host delivery, highlighting its promising role as a novel antimicrobial tool against the growing threat of antimicrobial resistance.

The spread of antibiotic resistance genes (ARGs), particularly those carried on plasmids, poses a major risk to global health. However, the extent and frequency of ARGs transfer in microbial communities among human, animal, and environmental sectors is not well understood due to a lack of effective tracking tools. We have developed a novel fluorescent tracing tool, CRISPR-AMRtracker, to study ARG transfer. It combines CRISPR/Cas9 fluorescence tagging, fluorescence-activated cell sorting, 16S rRNA gene sequencing, and microbial community analysis. CRISPR-AMRtracker integrates a fluorescent tag immediately downstream of ARGs, enabling the tracking of ARG transfer without compromising the host cell's antibiotic susceptibility, fitness, conjugation, and transposition. Notably, our experiments demonstrate that sfGFP-tagged plasmid-borne mcr-1 can transfer across diverse bacterial species within fecal samples. This innovative approach holds the potential to illuminate the dynamics of ARG dissemination and provide valuable insights to shape effective strategies in mitigating the escalating threat of antibiotic resistance.

Introduction Cadmium (Cd) and polystyrene microplastics (PS-MPs), two ubiquitous environmental contaminants, produce unique synergistic toxicity when co-existing. Key unanswered questions include specific effects on liver function and potential mechanisms. Methods In this study, C57BL/6 mice and AML12 cells were used to establish in vivo and in vitro models to elucidate the effects of combined exposure to PS-MPs and Cd on the liver and their mechanisms. Results The results showed that the combined effects of PS-MPs and Cd caused significantly more liver damage than exposure alone. As observed by transmission electron microscopy (TEM), the number of autophagosomes was significantly increased in the PS-MPs and Cd co-treated group. In addition, autophagic flux was assayed by RFP-GFP-LC3, a reporter system expressing dual fluorescent proteins, which showed an overwhelming enhancement of autophagic flux damage by co-exposure to PS-MPs and Cd compared to exposure alone. To further investigate the involvement of carnitine palmitoyltransferase1(CPT1) in liver injury induced by co-exposure to Cd and PS-MPs, we co-exposed Baicalin, an activator of CPT1, with PS-MPs and Cd, and showed that activation of CPT1 alleviated the impairment of autophagic fluxes induced by co-exposure of Cd and PS-MPs and further alleviated the changes in lipid accumulation and associated protein levels. Discussion In conclusion, the concurrent exposure of PS-MPs and Cd resulted in the blockage of hepatic lipid accumulation and autophagic pathway and further aggravated the toxic damage to the liver. Activation of CPT1 could alleviate the PS-MPs and Cd-induced lipid accumulation and autophagy pathway blockage thus reducing liver injury.