Abstract ESX-1 is a major virulence factor of Mycobacterium tuberculosis , a secretion machinery directly involved in the survival of the microorganism from the immune system defence. It disrupts the phagosome membrane of the host cell through a contact-dependent mechanism. Recently, the structure of the inner-membrane core complex of the homologous ESX-3 and ESX-5 was resolved; however, the elements involved in the secretion through the outer membrane or those acting on the host cell membrane are unknown. Protein substrates might form this missing element. Here, we describe the oligomerisation process of the ESX-1 substrate EspB, which occurs upon cleavage of its C-terminal region and is favoured by an acidic environment. Cryo-electron microscopy data are presented which show that EspB from different mycobacterial species have a conserved quaternary structure, except for the non-pathogenic species M. smegmatis . EspB assembles into a channel with dimensions and characteristics suitable for the transit of ESX-1 substrates, as shown by the presence of another EspB trapped within. Our results provide insight into the structure and assembly of EspB, and suggests a possible function as a structural element of ESX-1.

Abstract Extracellular vesicles (EVs) in blood plasma are recognized as potential biomarkers for disease. Although blood plasma is easily obtainable, analysis of EVs at the single particle level is still challenging due to the biological complexity of this body fluid. Besides EVs, plasma contains different types of lipoproteins particles (LPPs), that outnumber EVs by orders of magnitude and which partially overlap in biophysical properties such as size, density and molecular makeup. Consequently, during EV isolation LPPs are often co-isolated. Furthermore, physical EV-LPP complexes have been observed in purified EV preparations. Since co-isolation or association of LPPs can impact single EV-based analysis and biomarker profiling, we investigated whether under physiological conditions LPPs and EVs can associate by using cryo-electron tomography, label-free synchronous Rayleigh and Raman scattering analysis of optically trapped particles and fluorescence-based high resolution single particle flow cytometric analysis. Furthermore, we evaluated the impact on flow cytometric analysis in the absence or presence of different types of LPPs using in vitro spike-in experiments of purified tumor cell line-derived EVs in different classes of purified human LPPs. Based on orthogonal single-particle analysis techniques we demonstrated that EV-LPP complexes can form under physiological conditions. Furthermore, we show that in fluorescence-based flow cytometric EV analysis staining of LPPs, as well as EV-LPP associations can influence EV analysis in a quantitative and qualitative manner. Our findings demonstrate that the biological colloidal matrix of the biofluid in which EVs reside impacts their buoyant density, size and/or refractive index (RI), which may have consequences for down-stream EV analysis.

Abstract Proteins encoded by the ESX-1 genes of interests are essential for full virulence in all Mycobacterium tuberculosis complex (MTBc) lineages, the pathogens with the highest mortality worldwide. Identifying critical regions in these ESX-1 related proteins could provide preventive or therapeutic targets for MTB infection, the game changer needed for tuberculosis control. We analysed a compendium of whole genome sequences of clinical MTB isolates from all lineages from >32,000 patients and identified single nucleotide variations (SNV). When mutations corresponding to all nonsynonymous SNPs were mapped on the surface of known and AlphaFold-predicted ternary protein structures, fully conserved regions emerged. Some could be assigned to known quaternary structures, whereas others could be predicted to be involved in yet-to-be-discovered interactions. Some mutants had clonally expanded (found in >1% of the isolates): these were mostly located at the surface of globular domains, remote from known intra- and inter-molecular protein–protein interactions. Fully conserved intrinsically disordered regions (IDRs) of proteins were found, suggesting that these are crucial for the pathogenicity of the MTBc. Altogether, our findings provide an evolutionary structural perspective on MTB virulence and highlight fully conserved regions of proteins as attractive vaccine antigens and drug targets. Extending this approach to other pathogens can provide a novel critical resource for the development of innovative tools for pathogen control.

The increasing demand for cryo-electron microscopy (cryo-EM) reveals drawbacks in current sample preparation protocols, such as sample waste and lack of reproducibility. Here, we present several technical developments that provide controlled and efficient sample preparation for cryo-EM studies. Pin printing substantially reduces sample waste by depositing only a sub-nanoliter volume of sample on the carrier surface. Sample evaporation is mitigated by dewpoint control feedback loops. The deposited sample is vitrified by jets of cryogen followed by submersion into a cryogen bath. Because the cryogen jets cool the sample from the center, premounted autogrids can be used and loaded directly into automated cryo-EMs. We integrated these steps into a single device, named VitroJet. The device's performance was validated by resolving 4 standard proteins (apoferritin, GroEL, worm hemoglobin, beta-galactosidase) to ~3 Å resolution using a 200-kV electron microscope. The VitroJet offers a promising solution for improved automated sample preparation in cryo-EM studies.