Abstract The BRENDA enzyme database (https://www.brenda-enzymes.org), established in 1987, has evolved into the main collection of functional enzyme and metabolism data. In 2018, BRENDA was selected as an ELIXIR Core Data Resource. BRENDA provides reliable data, continuous curation and updates of classified enzymes, and the integration of newly discovered enzymes. The main part contains >5 million data for ∼90 000 enzymes from ∼13 000 organisms, manually extracted from ∼157 000 primary literature references, combined with information of text and data mining, data integration, and prediction algorithms. Supplements comprise disease-related data, protein sequences, 3D structures, genome annotations, ligand information, taxonomic, bibliographic, and kinetic data. BRENDA offers an easy access to enzyme information from quick to advanced searches, text- and structured-based queries for enzyme-ligand interactions, word maps, and visualization of enzyme data. The BRENDA Pathway Maps are completely revised and updated for an enhanced interactive and intuitive usability. The new design of the Enzyme Summary Page provides an improved access to each individual enzyme. A new protein structure 3D viewer was integrated. The prediction of the intracellular localization of eukaryotic enzymes has been implemented. The new EnzymeDetector combines BRENDA enzyme annotations with protein and genome databases for the detection of eukaryotic and prokaryotic enzymes.

Abstract “Red tides” are harmful algal blooms (HABs) caused by dinoflagellate microalgae that accumulate toxins lethal to other organisms, including humans via consumption of contaminated seafood. Increasingly frequent, HABs are driven by a combination of environmental factors including nutrient enrichment, particularly in warm waters. Here, we present the de novo assembled genome (~4.75 Gbp), transcriptome, proteome, and metabolome from Prorocentrum cordatum , a globally abundant, bloom-forming dinoflagellate. Using axenic algal cultures, we studied the molecular mechanisms that underpin response to temperature stress, which is relevant to current ocean warming trends. We discovered a complementary interplay between RNA editing and exon usage that regulates the expression and functional diversity of biomolecules, reflected by reduction in photosynthesis, central metabolism, and protein synthesis. Our multi-omics analyses uncover the molecular response to heat stress in an important HAB species, which is driven by complex gene structures in a large, high-G+C genome, combined with multi-level transcriptional regulation.

Abstract Root nodules of legume plants are primarily inhabited by rhizobial nitrogen-fixing bacteria. Here we propose two new Rhizobiales species isolated from root nodules of common sainfoin ( Onobrychis viciifolia ), as shown by core-gene phylogeny, overall genome relatedness indices and pan-genome analysis. Mesorhizobium onobrychidis sp. nov., actively induces nodules, and achieves atmospheric nitrogen and carbon dioxide fixation. This species appears to be depleted in motility genes, and is enriched in genes for direct effects on plant growth performance. Its genome reveals functional and plant growth-promoting signatures like a large unique chromosomal genomic island with high density of symbiotic genetic traits. O nobrychidicola muellerharveyae gen. nov. sp. nov., is described as type species of the new genus O nobrychidicola in Rhizobiaceae . This species comprises unique genetic features and plant growth-promoting traits (PGPTs), which strongly indicate its function in biotic stress reduction and motility. We applied a newly developed bioinformatics approach for in silico prediction of PGPTs (PGPT-Pred), which supports the different lifestyles of the two new species and the plant growth-promoting performance of M. onobrychidis in the greenhouse trial.

Abstract Hopanoids and carotenoids are two of the major isoprenoid-derived lipid classes in prokaryotes that have been proposed to have similar membrane ordering properties as sterols. Methylobacterium extorquens contains hopanoids and carotenoids in their outer membrane, making them an ideal system to investigate whether isoprenoid lipids play a complementary role in outer membrane ordering and cellular fitness. By genetically knocking out hpnE , and crtB we disrupted the production of squalene, and phytoene in Methylobacterium extorquens PA1, which are the presumed precursors for hopanoids and carotenoids, respectively. Deletion of hpnE unexpectedly revealed that carotenoid biosynthesis utilizes squalene as a precursor resulting in a pigmentation with a C 30 backbone, rather than the previously predicted C 40 phytoene-derived pathway. We demonstrate that hopanoids but not carotenoids are essential for growth at high temperature. However, disruption of either carotenoid or hopanoid synthesis leads to opposing effects on outer membrane lipid packing. These observations show that hopanoids and carotenoids may serve complementary biophysical roles in the outer membrane. Phylogenetic analysis suggests that M. extorquens may have acquired the C 30 pathway through lateral gene transfer with Planctomycetes. This suggests that the C 30 carotenoid pathway may have provided an evolutionary advantage to M. extorquens . Importance All cells have a membrane that delineates the boundary between life and its environment. To function properly, membranes must maintain a delicate balance of physical and chemical properties. Lipids play a crucial role in tuning membrane properties. In eukaryotic organisms from yeast to mammals, sterols are essential for assembling a cell surface membrane that can support life. However, bacteria generally do not make sterols, so how do they solve this problem? Hopanoids and carotenoids are two major bacterial lipids, that are proposed as sterol surrogates. In this study we explore the bacterium M. extorquens for studying the role of hopanoids and carotenoids in surface membrane properties and cellular growth. Our findings suggest that hopanoids and carotenoids may serve complementary roles balancing outer membrane properties, and provide a foundation for elucidating the principles of surface membrane adaptation.

Outer membrane vesicles (OMVs) of Gram-negative bacteria have key roles in pathogenesis. However, little is known about their biogenesis and cargo in marine bacteria. In Dinoroseobacter shibae, a marine member of the Rhodobacteraceae, OMVs were produced throughout exponential growth, and DNA could be detected by fluorescence microscopy inside appr. 65% of vesicles. Single cell analysis using time-lapse microscopy showed that individual cells secreted multiple OMVs, preferentially at the septum during cell division. OMVs were enriched for saturated fatty acids, thus their secretion likely increases the fluidity of the membrane of the releasing cell locally. DNA was isolated from the vesicle lumen and sequenced; it was up to 40fold enriched for the region around the terminus of replication (ter). Within this region, the peak of coverage of vesicle DNA was located at dif, a conserved 28 bp palindromic sequence required for binding of the site specific tyrosine recombinases XerCD which are activated by the divisome protein FtsK immediately prior to septum formation. Some of the most abundant proteins of the vesicle proteome were predicted to be required for direct interaction with peptidoglycan during cell division. Single cell analysis, electron microscopy, proteome and DNA cargo show that constitutive OMV secretion in D. shibae occurs mainly prior to septum formation. The footprint of the FtsK/XerCD molecular machinery which resolves chromosome dimers suggests a novel highly conserved route for incorporation of DNA into OMVs. Clearing the division site from small DNA fragments might be an important function of this type of vesicles.

A Gram-negative, aerobic, pink-pigmented, and bacteriochlorophyll a -containing bacterial strain, designated B14 T , was isolated from the macroalga Fucus spiralis sampled from the southern North Sea, Germany. Based on 16S rRNA gene sequences, species of the genera Roseobacter and Sulfitobacter were most closely related to strain B14 T with sequence identities ranging from 98.15 % ( Roseobacter denitrificans Och 114 T ) to 99.11 % ( Roseobacter litoralis Och 149 T ), whereas Sulfitobacter mediterraneus CH-B427 T exhibited 98.52 % sequence identity. Digital DNA–DNA hybridization and average nucleotide identity values between the genome of the novel strain and that of closely related Roseobacter and Sulfitobacter type strains were <20 % and <77 %, respectively. The novel strain contained ubiquinone-10 as the only respiratory quinone and C 18 : 1 ω7 c , C 16 : 0 , C 18 : 0 , C 12 : 1 ω7 c , C 18 : 2 ω7,13 c , and C 10 : 0 3-OH as the major cellular fatty acids. The predominant polar lipids of strain B14 T were phosphatidylcholine, phosphatidylethanolamine, and phosphatidylglycerol. The genome of strain B14 T comprises a chromosome with a size of 4.5 Mbp, one chromid, and four plasmids. The genome contains the complete gene cluster for aerobic anoxygenic photosynthesis required for a photoheterotrophic lifestyle. The results of this study indicate that strain B14 T (=DSM 116946 T =LMG 33352 T ) represents a novel species of the genus Roseobacter for which the name Roseobacter fucihabitans sp. nov. is proposed.

The archaeal isolate J.3.6.1-F.2.7.3 T was obtained from an anaerobic enrichment culture, where it may play an important role in methane production during pyrite formation. The new isolate formed a species-level clade with Methanospirillum hungatei strains GP1 and SK, which is separate from the type strain JF-1 T . Cultivation-independent surveys indicate the occurrence of this phylogenetic group in sediments and anaerobic digesters. The abundance of this clade appears to be negatively affected by high nitrogen loads, indicating a sensitivity to certain nitrogen compounds that is not known in M . hungatei JF-1 T . The relatively large core genome of this Methanospirillum clade is indicative of niche specialization and efficient control of horizontal gene transfer. Genes for nitrogenase and F 420 -dependent secondary alcohol dehydrogenase contribute to the metabolic versatility of this lineage. Characteristics of the new isolate such as the ability to utilize 2-propanol as an electron donor or the requirement for acetate as a carbon source are found also in the strains GP1 and SK, but not in the type strain M . hungatei JF-1 T . Based on the genomic differences to related species, a new species within the genus Methanospirillum is proposed with the name M . purgamenti sp. nov. The determined phenotypic characteristics support this proposal and indicate a metabolic adaptation to a separate ecological niche.

Bacterial membrane vesicles (BMVs) are secreted by many pathogenic bacteria and known to stimulate various host responses upon infection, thereby contributing to the pathogenicity of bacterial pathogens like Pseudomonas aeruginosa . While the effects of BMVs on host immune responses are well studied, little is known about their impact on cell metabolism and mitochondrial respiration. Here, we show that P. aeruginosa BMVs (1) reprogram cell metabolism of human lung cells, (2) negatively affect mitochondrial respiration by (3) specifically inhibiting complex III of the electron transport chain leading to (4) the activation of AMP-activated protein kinase (AMPK) signaling which in turn results in (5) AMPK-dependent inhibition of global protein synthesis.

Abstract The human gut microbiota is recognized as a modulator of inflammatory diseases and has been linked to interindividual differences in therapy responsiveness. However, the robustness of disease-specific microbiome signatures across closely related diseases is rarely compared. Here, we compared treatment-naïve microbiota composition and functional potential across rheumatic diseases, including rheumatoid arthritis (RA) and spondyloarthritis subforms, to identify disease-specific biomarkers. While we failed to define robust disease-specific microbiota signatures, we identified microbial signatures linked to methotrexate (MTX) responsiveness for the two rheumatic diseases RA and psoriatic arthritis (PsA), for which MTX is the first-line treatment. Notably, the signatures were distinct, i.e., we could define a signature based on the relative abundance of microbial species for RA, yet the signature for PsA was based on the relative abundance of microbial pathways. Together this supports the previously recognized value of microbiota to predict treatment responses to MTX in RA and identifies distinct signatures predicting MTX responsiveness for PsA.

Abstract Tumorigenic members of the family Rhizobiaceae , known as agrobacteria, are responsible for crown and cane gall diseases of various agricultural crops worldwide. Tumorigenic agrobacteria are commonly found in the genera Agrobacterium , Allorhizobium , and Rhizobium . In this study, we analyzed a distinct “tumorigenes” clade of the genus Rhizobium , which includes the tumorigenic species Rhizobium tumorigenes , as well as strains causing crown gall disease on rhododendron. Here, high quality, closed genomes of representatives of the “tumorigenes” clade were generated, followed by comparative genomic and phylogenomic analyses. Additionally, phenotypic characteristics of representatives of the “tumorigenes” clade were analyzed. Our results showed that the tumorigenic strains isolated from rhododendron represent a novel species of the genus Rhizobium for which the name Rhizobium rhododendri sp. nov. is proposed. This species also includes additional strains originating from blueberry and Himalayan blackberry in USA, whose genome sequences were retrieved from GenBank. Both R. tumorigenes and R. rhododendri contain multipartite genomes, including a chromosome, putative chromids, and megaplasmids. Synteny and phylogenetic analyses indicated that a large putative chromid of R. rhododendri resulted from the cointegration of an ancestral megaplasmid and two putative chromids, following its divergence from R. tumorigenes . Moreover, gene clusters specific for both species of the “tumorigenes” clade were identified, and their biological functions and roles in ecological diversification of R. rhododendri and R. tumorigenes were predicted and discussed.