Humans have infected a wide range of animals with SARS-CoV-21–5, but the establishment of a new natural animal reservoir has not been observed. Here we document that free-ranging white-tailed deer (Odocoileus virginianus) are highly susceptible to infection with SARS-CoV-2, are exposed to multiple SARS-CoV-2 variants from humans and are capable of sustaining transmission in nature. Using real-time PCR with reverse transcription, we detected SARS-CoV-2 in more than one-third (129 out of 360, 35.8%) of nasal swabs obtained from O. virginianus in northeast Ohio in the USA during January to March 2021. Deer in six locations were infected with three SARS-CoV-2 lineages (B.1.2, B.1.582 and B.1.596). The B.1.2 viruses, dominant in humans in Ohio at the time, infected deer in four locations. We detected probable deer-to-deer transmission of B.1.2, B.1.582 and B.1.596 viruses, enabling the virus to acquire amino acid substitutions in the spike protein (including the receptor-binding domain) and ORF1 that are observed infrequently in humans. No spillback to humans was observed, but these findings demonstrate that SARS-CoV-2 viruses have been transmitted in wildlife in the USA, potentially opening new pathways for evolution. There is an urgent need to establish comprehensive ‘One Health’ programmes to monitor the environment, deer and other wildlife hosts globally. More than one-third of wild deer tested in northeast Ohio showed evidence of SARS-CoV-2 infection of human origin.

Abstract Human-to-animal spillover of SARS-CoV-2 virus has occurred in a wide range of animals, but thus far, the establishment of a new natural animal reservoir has not been detected. Here, we detected SARS-CoV-2 virus using rRT-PCR in 129 out of 360 (35.8%) free-ranging white-tailed deer ( Odocoileus virginianus ) from northeast Ohio (USA) sampled between January-March 2021. Deer in 6 locations were infected with at least 3 lineages of SARS-CoV-2 (B.1.2, B.1.596, B.1.582). The B.1.2 viruses, dominant in Ohio at the time, spilled over multiple times into deer populations in different locations. Deer-to-deer transmission may have occurred in three locations. The establishment of a natural reservoir of SARS-CoV-2 in white-tailed deer could facilitate divergent evolutionary trajectories and future spillback to humans, further complicating long-term COVID-19 control strategies. One-Sentence Summary A significant proportion of SARS-CoV-2 infection in free-ranging US white-tailed deer reveals a potential new reservoir.

Abstract Background Clostridioides difficile is an enteric pathogen historically known to cause hospital associated (HA)-infections in humans. A major risk factor for CDI in humans is antibiotic usage as it alters the gut microbiota and there is a loss of colonization resistance against C. difficile . In recent years there has been an increase in community associated (CA)- C. difficile infection that does not have the same risk factors as HA-CDI. Potential sources of CA-CDI have been proposed and include animals, food, water, and the environment, however these sources remain poorly investigated. Here, we define the prevalence of C. difficile strains found in different companion animals (canines, felines, and equines) to investigate a potential zoonotic link. C. difficile strains were identified by toxin gene profiling, fluorescent PCR ribotyping, and antimicrobial susceptibility testing. 16s rRNA gene sequencing was done on animal feces to investigate the relationship between the presence of C. difficile and the gut microbiota in different hosts. Results Here, we show that C. difficile was recovered from 20.9% of samples (42/201), which included 33 canines, 2 felines, and 7 equines. Over 69% (29/42) of the isolates were toxigenic and belonged to 14 different ribotypes, with overlap between HA- and CA-CDI cases in humans. The presence of C. difficile results in a shift in the fecal microbial community structure in both canines and equines. Commensal Clostridia C. hiranonis was negatively associated with C. difficile in canines. Further experimentation showed a clear antagonistic relationship between the two strains in vitro , suggesting that commensal Clostridia might play a role in colonization resistance against C. difficile in different hosts. Conclusions In this study we investigated a potentially important source of C. difficile transmission: the companion animal population. C. difficile carriage was common in dogs, cats, and horses. C. difficile isolates from companion animals included many of the same ribotypes known to cause HA- and CA-CDI in humans, and had similar antimicrobial resistance profiles as those isolated from human populations. These data contribute to our understanding of non-hospital exposure to C. difficile in the human population and suggest new avenues for reducing C. difficile prevalence in companion animals and, perhaps, thereby reducing CA-CDI in humans.

Abstract Rodent models and human clinical studies have shown gut microbiota-derived short-chain fatty acids (SCFAs) play roles in obesity and insulin resistance. These roles have been minimally explored in cats, where in the USA an estimated 60% of cats are overweight or obese. Overweight/obese research cats (n = 7) were transitioned from a maintenance diet to a reduced calorie diet fed ad libitum for 7 days, then calories were restricted to achieve 1–2% weight loss per week for an additional 77 days. Cats then received their original maintenance diet again for 14 days. Significant intentional weight loss was noted after calorie restriction (adjusted p < 0.0001). 16S rRNA gene amplicon sequencing and targeted SCFA metabolomics were performed on fecal samples. Fecal microbial community structure significantly differed between the four study phases (PERMANOVA p = 0.011). Fecal propionic acid was significantly higher during caloric restriction-induced weight loss (adjusted p < 0.05). Repeated measures correlation revealed the relative abundances of Prevotella 9 copri (correlation coefficient = 0.532, 95% CI (0.275, 0.717), p = 0.0002) significantly correlated with propionic acid composition. Like humans, obese cats experienced an altered microbial community structure and function, favoring propionic acid production, during caloric restriction-induced weight loss.

Ursodeoxycholic acid (commercially available as Ursodiol) is a naturally occurring bile acid that is used to treat a variety of hepatic and gastrointestinal diseases. Ursodiol can modulate bile acid pools, which have the potential to alter the gut microbiota community structure. In turn, the gut microbial community can modulate bile acid pools, thus highlighting the interconnectedness of the gut microbiota-bile acid-host axis. Despite these interactions, it remains unclear if and how exogenously administered ursodiol shapes the gut microbial community structure and bile acid pool. This study aims to characterize how ursodiol alters the gastrointestinal ecosystem in conventional mice. C57BL/6J wildtype mice were given one of three doses of ursodiol (50, 150, or 450 mg/kg/day) by oral gavage for 21 days. Alterations in the gut microbiota and bile acids were examined including stool, ileal, and cecal content. Bile acids were also measured in serum. Significant weight loss was seen in mice treated with the low and high dose of ursodiol. Alterations in the microbial community structure and bile acid pool were seen in ileal and cecal content compared to pretreatment, and longitudinally in feces following the 21-day ursodiol treatment. In both ileal and cecal content, members of the Lachnospiraceae family significantly contributed to the changes observed. This study is the first to provide a comprehensive view of how exogenously administered ursodiol shapes the gastrointestinal ecosystem. Further studies to investigate how these changes in turn modify the host physiologic response are important.

Clostridioides difficile infection (CDI) is associated with increasing morbidity and mortality posing an urgent threat to public health. Recurrence of CDI after successful treatment with antibiotics is high, thus necessitating discovery of novel therapeutics against this enteric pathogen. Administration of the secondary bile acid ursodeoxycholic acid (UDCA, ursodiol) inhibits the life cycle of various strains of C. difficile in vitro , suggesting the FDA approved formulation of UDCA, known as ursodiol, may be able to restore colonization resistance against C. difficile in vivo . However, the mechanism(s) by which ursodiol is able to restore colonization resistance against C. difficile in vivo > remains unknown. Here, we confirmed that ursodiol inhibits C. difficile in vivo spore germination and outgrowth, growth, and toxin activity C. difficile in vivo . In a murine model of CDI, exogenous administration of ursodiol resulted in significant alterations in the bile acid metabolome with little to no changes in gut microbial community structure. Ursodiol pretreatment resulted in attenuation of CDI pathogenesis early in the course of disease, which coincided with alterations in the cecal and colonic inflammatory transcriptome, bile acid activated receptors nuclear farnesoid X receptor (FXR), and transmembrane G protein-coupled membrane receptor 5 (TGR5), which are able to modulate the innate immune response through signaling pathways such as NF-κB. Although ursodiol pretreatment did not result in a consistent decrease in the C. difficile in vivo life cycle in vivo , it was able to attenuate an overly robust inflammatory response that is detrimental to the host during CDI. Ursodiol remains a viable non-antibiotic treatment and/or prevention strategy against CDI.

Abstract Severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) emerged in humans in late 2019 and spread rapidly to become a global pandemic. A zoonotic spillover event from animal to human was identified as the presumed origin. Subsequently, reports began emerging regarding spillback events resulting in SARS-CoV-2 infections in multiple animal species. These events highlighted critical links between animal and human health while also raising concerns about the development of new reservoir hosts and potential viral mutations that could alter virulence and transmission or evade immune responses. Characterizing susceptibility, prevalence, and transmission between animal species became a priority to help protect animal and human health. In this study, we coalesced a large team of investigators and community partners to surveil for SARS-CoV-2 in domestic and free-ranging animals around Ohio between May 2020 and August 2021. We focused on species with known or predicted susceptibility to SARS-CoV-2 infection, highly congregated or medically compromised animals (e.g. shelters, barns, veterinary hospitals), and animals that had frequent contact with humans (e.g. pets, agricultural animals, zoo animals, or animals in wildlife hospitals). This included free-ranging deer (n=76), mink (n=57), multiple species of bats (n=65), and other wildlife in addition to domestic cats (n=275) and pigs (n= 184). In total, we tested 800 animals (34 species) via rRT-PCR for SARS-CoV-2 RNA. SARS-CoV-2 viral RNA was not detected in any of the tested animals despite a major peak in human SARS-CoV-2 cases that occurred in Ohio subsequent to the peak of animal samplings. Importantly, due to lack of validated tests for animals, we did not test for SARS-CoV-2 antibodies in this study, which limited our ability to assess exposure. While the results of this study were negative, the surveillance effort was critical and remains key to understanding, predicting, and preventing re-emergence of SARS-CoV-2 in humans or animals.