ABSTRACT Age is the dominant risk factor for most chronic human diseases; yet the mechanisms by which aging confers this risk are largely unknown. 1 Recently, the age-related acquisition of somatic mutations in regenerating hematopoietic stem cell populations was associated with both hematologic cancer incidence 2–4 and coronary heart disease prevalence. 5 Somatic mutations with leukemogenic potential may confer selective cellular advantages leading to clonal expansion, a phenomenon termed ‘Clonal Hematopoiesis of Indeterminate Potential’ (CHIP). 6 Simultaneous germline and somatic whole genome sequence analysis now provides the opportunity to identify root causes of CHIP. Here, we analyze high-coverage whole genome sequences from 97,691 participants of diverse ancestries in the NHLBI TOPMed program and identify 4,229 individuals with CHIP. We identify associations with blood cell, lipid, and inflammatory traits specific to different CHIP genes. Association of a genome-wide set of germline genetic variants identified three genetic loci associated with CHIP status, including one locus at TET2 that was African ancestry specific. In silico -informed in vitro evaluation of the TET2 germline locus identified a causal variant that disrupts a TET2 distal enhancer. Aggregates of rare germline loss-of-function variants in CHEK2 , a DNA damage repair gene, predisposed to CHIP acquisition. Overall, we observe that germline genetic variation altering hematopoietic stem cell function and the fidelity of DNA-damage repair increase the likelihood of somatic mutations leading to CHIP.

Abstract Understanding how emerging infectious diseases spread within and between countries is essential to contain future pandemics. Spread to new areas requires connectivity between one or more sources and a suitable local environment, but how these two factors interact at different stages of disease emergence remains largely unknown. Further, no analytical framework exists to examine their roles. Here we develop a dynamic modelling approach for infectious diseases that explicitly models both connectivity via human movement and environmental suitability interactions. We apply it to better understand recently observed (1995-2019) patterns as well as predict past unobserved (1983-2000) and future (2020-2039) spread of dengue in Mexico and Brazil. We find that these models can accurately reconstruct long-term spread pathways, determine historical origins, and identify specific routes of invasion. We find early dengue invasion is more heavily influenced by environmental factors, resulting in patchy non-contiguous spread, while short and long-distance connectivity becomes more important in later stages. Our results have immediate practical applications for forecasting and containing the spread of dengue and emergence of new serotypes. Given current and future trends in human mobility, climate, and zoonotic spillover, understanding the interplay between connectivity and environmental suitability will be increasingly necessary to contain emerging and re-emerging pathogens.

Telomeres shorten in replicating somatic cells and with age; in human leukocytes, telomere length (TL) is associated with a host of aging-related diseases. To date, 16 genome-wide association studies (GWAS) have identified twenty-three loci associated with leukocyte TL, but prior studies were primarily in individuals of European and Asian ancestry and relied on laboratory assays including Southern Blot and qPCR to quantify TL. Here, we estimated TL bioinformatically, leveraging whole genome sequencing (WGS) of whole blood from n=75,176 subjects in the Trans-Omics for Precision Medicine (TOPMed) Program. We performed the largest multi-ethnic and only WGS-based genome-wide association analysis of TL to date. We identified 22 associated loci (p-value <5x10-8), including 10 novel loci. Three of the novel loci map to genes involved in telomere maintenance and/or DNA damage repair: TERF2, RFWD3, and SAMHD1. Many of the 99 pathways identified in gene set enrichment analysis for the 22 loci (multiple-testing corrected false discovery rate (FDR) <0.05) pertain to telomere biology, including the top five (FDR<1x10-9). Importantly, several loci, including the recently identified TINF2 and ATM loci, showed strong ancestry-specific associations.

Zika virus (ZIKV) transmission in the Americas was first confirmed in May 2015 in Northeast Brazil1. Brazil has the highest number of reported ZIKV cases worldwide (>200,000 by 24 Dec 2016) as well as the greatest number of cases associated with microcephaly and other birth defects (2,366 confirmed cases by 31 Dec 2016). Following the initial detection of ZIKV in Brazil, 47 countries and territories in the Americas have reported local ZIKV transmission, with 24 of these reporting ZIKV-associated severe disease. Yet the origin and epidemic history of ZIKV in Brazil and the Americas remain poorly understood, despite the value of such information for interpreting past and future trends in reported microcephaly. To address this we generated 54 complete or partial ZIKV genomes, mostly from Brazil, and report data generated by the ZiBRA project - a mobile genomics lab that travelled across Northeast (NE) Brazil in 2016. One sequence represents the earliest confirmed ZIKV infection in Brazil. Joint analyses of viral genomes with ecological and epidemiological data estimate that ZIKV epidemic was present in NE Brazil by March 2014 and likely disseminated from there, both nationally and internationally, before the first detection of ZIKV in the Americas. Estimated dates of the international spread of ZIKV from Brazil indicate the duration of pre-detection cryptic transmission in recipient regions. NE Brazil's role in the establishment of ZIKV in the Americas is further supported by geographic analysis of ZIKV transmission potential and by estimates of the virus' basic reproduction number.

We investigate an outbreak of exanthematous illness in Maceió, Alagoas, using molecular surveillance. Of 273 samples, 76% tested RT-qPCR positive for Chikungunya virus. Phylogenetic analysis reveals that the outbreak was caused by the East-Central-South-African genotype, and that this lineage has likely persisted since mid-2014 in Northeast Brazil.

São Paulo (SP), a densely populated state in southeast Brazil that contains one of the world's largest urban regions, has experienced its largest yellow fever virus (YFV) outbreak in decades. Surveillance in non-human primates (NHP) is important in order to detect YFV early during an epidemic or epizootic, to quantify the magnitude of the outbreak in NHP, and to evaluate the risk of YFV spillover infection in human populations. To better understand the genetic diversity and spatial distribution of YFV during the current outbreak in southeast Brazil, we generated 46 new virus genomes from YFV positive cases identified in 18 different municipalities in SP, mostly sampled from non-human primates between April 2017 and February 2018. Our data show that most NHP cases in São Paulo state were likely caused by the introduction of a single YFV lineage from Minas Gerais to São Paulo. Phylogenetic and phylogeographic analyses of these data indicate that YFV spread southwards from Minas Gerais into São Paulo state at a typical rate of <1km per day. These results shed light in the sylvatic transmission of yellow fever in highly fragmented forested regions in São Paulo state and highlight the importance of continued operational research and surveillance of zoonotic pathogens in sentinel populations.

Chronic Fatigue Syndrome / Myalgic Encephalomyelitis (CFS / MS) is an incapacitating chronic disease that dramatically compromise the life quality. The CFS/ME pathogenesis is multifactorial, and it is believed that immunological, metabolic and environmental factors play a role. It is well documented an increased activity of Human endogenous retroviruses (HERVs) from different families in autoimmune and neurological diseases, making these elements good candidates for biomarkers or even triggers for such diseases. Here the expression of Endogenous retroviruses K and W (HERV–K and HERV–W) was determined in blood from moderately and severely affected ME/CFS patients. HERV-K was overexpressed only in moderately affected individuals and HERV-W showed no difference. This is the first report about HERV-K differential expression in moderate ME/CFS.

Over 400 million people are estimated to be at risk of acquiring dengue virus (DENV). Despite efforts to mitigate the impact of DENV epidemics, the virus remains a public health problem in the Americas: more than one million DENV cases were reported in the continent between January and July 2019 DENV was first detected in Brazil in 1982, and Brazil has reported 88% (1,127,244 cases) of all DENV cases in the Americas during 2019 to date. São Paulo state in the southeast of Brazil has reported nearly half of all DENV infections in the country. Here we characterised the genetic diversity of DENV strains circulating in São Paulo state in 2019, at the epicentre of the ongoing DENV epidemic. Using portable nanopore sequencing we generated 20 new DENV genome sequences from viremic patients with suspected dengue infection residing in two of the most-affected municipalities, Araraquara and São José do Rio Preto. We conducted a comprehensive phylogenetic analysis with 1,630 global DENV strains to better understand the evolutionary history of the DENV lineages that currently circulate in the region. The new outbreak strains were classified as DENV2 genotype III (American/Asian genotype). Notably, phylogenetic analysis indicated that the 2019 outbreak is the result of a novel DENV lineage that was recently introduced to Brazil from the Caribbean region. Our genetic analysis further indicates that the introduction and onwards spread of the outbreak lineage (named here DENV2-III lineage 4) indicates a new DENV2 lineage replacement in Brazil. Molecular clock analyses suggest that DENV2-III lineage 4 was introduced to Brazil in or around early 2014. Our study describes the early detection of a newly introduced and rapidly-expanding DENV2 virus lineage in Brazil.

Dengue virus is a prominent arbovirus with global spread, causing approximately 390 million infections each year. In Brazil, yearly epidemics follow a well-documented pattern of serotype replacement every three to four years on average. Araraquara, located in the state of São Paulo, has faced significant impacts from DENV epidemics since the emergence of DENV-1 in 2010. The municipality then transitioned from low to moderate endemicity in less than 10 years. Yet, there remains an insufficient understanding of the virus circulation dynamics, particularly concerning DENV-1, in the region, as well as the genetic characteristics of the virus. To address this, we generated 37 complete or partial DENV-1 genomes sampled from 2015 to 2022 in Araraquara. Then, using also Brazilian and worldwide DENV-1 sequences we reconstructed the evolutionary history of DENV-1 in Araraquara and estimated the time to most recent common ancestor (tMRCA) for the serotype 1, for the genotype V and its main lineages. Within the last ten years, there were at least three introductions of genotype V in Araraquara, distributed in the two main lineages (LIa and LIb, and LII). The tMRCA for the first sampled lineage (2015/2016 epidemics) was approximately 15 years ago (in 2008). Crucially our analysis challenges existing assumptions regarding emergence time of the DENV-1 genotypes, suggesting that genotype V might have diverged more recently than previously described. The presence of the two lineages of genotype V in the municipality might have contributed to the extended persistence of DENV-1 in the region.

As exemplified by the Coronavirus Disease 2019 (COVID-19) pandemic, infectious diseases may emerge and spread rapidly, often causing serious economic losses and public health concerns. In fact, disease outbreaks have become increasingly common, especially those of zoonotic origin. The Brazilian Ministry of Health is responsible for national epizootic surveillance. However, the system9s focus primarily on diseases affecting humans has led to the neglect of other zoonotic diseases. In this report, we present an integrated investigation of an outbreak that occurred during the first year of the COVID-19 pandemic among captive neotropical primates housed at a primatology center in Brazil. After presenting a range of non-specific clinical signs, including fever, prostration, inappetence, and abdominal pain, ten primates from five different species died within approximately four days. Despite the state of health emergency due to the pandemic, a network of volunteer researchers was established to investigate the outbreak. A wide range of high-resolution techniques was used for different pathogens, including SARS-CoV-2 (RTq-PCR, ELISA and IHC), Toxoplasma gondii (IHC and IFA) and Escherichia coli (IFA), as well as a portable Metagenomic Sequencing utilizing Nanopore Technology. Within a span of four days after necropsies, we successfully identified T. gondii as the causative agent of this outbreak. This case highlights some of the obstacles faced with the current Brazilian surveillance system, which is still limited. A cross-platform interdisciplinary investigation could be a possible model for future epizootic investigations in non-human animals.