For comprehensive insights into the effects of chlorination, a widely used disinfection technology, on bacterial community and antibiotic resistome in drinking water, this study applied high-throughput sequencing and metagenomic approaches to investigate the changing patterns of antibiotic resistance genes (ARGs) and bacterial community in a drinking water treatment and distribution system. At genus level, chlorination could effectively remove Methylophilus, Methylotenera, Limnobacter, and Polynucleobacter, while increase the relative abundance of Pseudomonas, Acidovorax, Sphingomonas, Pleomonas, and Undibacterium in the drinking water. A total of 151 ARGs within 15 types were detectable in the drinking water, and chlorination evidently increased their total relative abundance while reduced their diversity in the opportunistic bacteria (p < 0.05). Residual chlorine was identified as the key contributing factor driving the bacterial community shift and resistome alteration. As the dominant persistent ARGs in the treatment and distribution system, multidrug resistance genes (mainly encoding resistance-nodulation-cell division transportation system) and bacitracin resistance gene bacA were mainly carried by chlorine-resistant bacteria Pseudomonas and Acidovorax, which mainly contributed to the ARGs abundance increase. The strong correlation between bacterial community shift and antibiotic resistome alteration observed in this study may shed new light on the mechanism behind the chlorination effects on antibiotic resistance.

ABSTRACT Errors in mitosis can generate micronuclei that entrap mis-segregated chromosomes, which are susceptible to catastrophic fragmentation through a process termed chromothripsis. The reassembly of fragmented chromosomes by error-prone DNA double-strand break (DSB) repair generates a spectrum of simple and complex genomic rearrangements that are associated with human cancers and disorders. How specific DSB repair pathways recognize and process these lesions remains poorly understood. Here we used CRISPR/Cas9 to systematically inactivate distinct DSB processing or repair pathways and interrogated the rearrangement landscape of fragmented chromosomes from micronuclei. Deletion of canonical non-homologous end joining (NHEJ) components, including DNA-PKcs, LIG4, and XLF, substantially reduced the formation of complex rearrangements and shifted the rearrangement landscape toward simple alterations without the characteristic patterns of cancer-associated chromothripsis. Following reincorporation into the nucleus, fragmented chromosomes localize within micronuclei bodies (MN bodies) and undergo successful ligation by NHEJ within a single cell cycle. In the absence of NHEJ, chromosome fragments were rarely engaged by polymerase theta-mediated alternative end-joining or recombination-based mechanisms, resulting in delayed repair kinetics and persistent 53BP1-labeled MN bodies in the interphase nucleus. Prolonged DNA damage signaling from unrepaired fragments ultimately triggered cell cycle arrest. Thus, we provide evidence supporting NHEJ as the exclusive DSB repair pathway generating complex rearrangements following chromothripsis from mitotic errors.

Abstract Mitotic errors generate micronuclei entrapping mis-segregated chromosomes, which are susceptible to catastrophic fragmentation through chromothripsis. The reassembly of fragmented chromosomes by error-prone DNA double-strand break (DSB) repair generates diverse genomic rearrangements associated with human diseases. How specific repair pathways recognize and process these lesions remains poorly understood. Here we use CRISPR/Cas9 to systematically inactivate distinct DSB repair pathways and interrogate the rearrangement landscape of fragmented chromosomes. Deletion of canonical non-homologous end joining (NHEJ) components substantially reduces complex rearrangements and shifts the rearrangement landscape toward simple alterations without the characteristic patterns of chromothripsis. Following reincorporation into the nucleus, fragmented chromosomes localize within sub-nuclear micronuclei bodies (MN bodies) and undergo ligation by NHEJ within a single cell cycle. In the absence of NHEJ, chromosome fragments are rarely engaged by alternative end-joining or recombination-based mechanisms, resulting in delayed repair kinetics, persistent 53BP1-labeled MN bodies, and cell cycle arrest. Thus, we provide evidence supporting NHEJ as the exclusive DSB repair pathway generating complex rearrangements from mitotic errors.

Abstract Chinese Hamster Ovary (CHO) cells are the primary host used for manufacturing of therapeutic proteins. However, production instability of high-titer cell lines is a major problem and is associated with genome instability, as chromosomal aberrations reduce transgene copy number and decrease protein titer. We analyzed whole-genome sequencing data from 11 CHO cell lines and found deleterious single-nucleotide polymorphisms (SNPs) in DNA repair genes. Comparison with other mammalian cells confirmed DNA repair is compromised in CHO. Restoration of key DNA repair genes by SNP reversal or expression of intact cDNAs improved DNA repair and genome stability. Moreover, the restoration of LIG4 and XRCC6 in a CHO cell line expressing secreted alkaline phosphatase mitigated transgene copy loss and improved protein titer retention. These results show for the first time that correction of key DNA repair genes yields considerable improvements in stability and protein expression in CHO, and provide new opportunities for cell line development and a more efficient and sustainable production of therapeutic proteins.

Abstract Based on the principle of light refraction and binocular ranging, the underwater imaging model is obtained. It provides a theoretical basis for underwater camera calibration. In order to meet the requirement of underwater vehicle to identify and distance underwater target, a new underwater vehicle distance measurement system based on semantic segmentation and binocular vision is proposed. The system uses Deeplabv3 + to identify the underwater target captured by the binocular camera and generate the target map, which is then used for binocular ranging. Compared with the binocular ranging using the original drawing, the measurement accuracy of the proposed method has not changed, the measurement speed is increased by 30%, and the error rate is controlled within 5%, which meets the needs of underwater robot operations.

To efficiently remediate oil-contaminated soil, the degradation characteristics of petroleum hydrocarbons were explored using composite petroleum-degrading flora. The results showed that the degradation rates of the J0, H, HN, HK, and HKN groups were 9.82%, 33.22%, 47.93%, 41.36%, and 61.06%, respectively, which showed that indigenous microorganisms had certain degradation effects on petroleum hydrocarbons. According to the correlation analysis among various environmental factors in the soil, the content of petroleum hydrocarbon in the soil was positively correlated with total nitrogen, total phosphorus, soluble salinity, and organic matter （

Chromothripsis describes the catastrophic shattering of mis-segregated chromosomes trapped within micronuclei. Although micronuclei accumulate DNA double-strand breaks and replication defects throughout interphase, how chromosomes undergo shattering remains unresolved. Using CRISPR-Cas9 screens, we identify a non-canonical role of the Fanconi anemia (FA) pathway as a driver of chromothripsis. Inactivation of the FA pathway suppresses chromosome shattering during mitosis without impacting interphase-associated defects within micronuclei. Mono-ubiquitination of FANCI-FANCD2 by the FA core complex promotes its mitotic engagement with under-replicated micronuclear chromosomes. The structure-selective SLX4-XPF-ERCC1 endonuclease subsequently induces large-scale nucleolytic cleavage of persistent DNA replication intermediates, which stimulates POLD3-dependent mitotic DNA synthesis to prime shattered fragments for reassembly in the ensuing cell cycle. Notably, FA-pathway-induced chromothripsis generates complex genomic rearrangements and extrachromosomal DNA that confer acquired resistance to anti-cancer therapies. Our findings demonstrate how pathological activation of a central DNA repair mechanism paradoxically triggers cancer genome evolution through chromothripsis.

Complex genome rearrangements can be generated by the catastrophic shattering of mis-segregated chromosomes trapped within micronuclei through a process known as chromothripsis. Since each chromosome harbors a single centromere, how acentric fragments derived from shattered chromosomes are inherited between daughter cells during mitosis remains unknown. Here we tracked micronucleated chromosomes by live-cell imaging and show that acentric fragments cluster in close spatial proximity throughout mitosis for biased partitioning to a single daughter cell. Mechanistically, the CIP2A-TOPB1 complex prematurely associates with DNA lesions within ruptured micronuclei during interphase, which poises chromosome fragments for clustering upon mitotic entry. Inactivation of CIP2A or TOPBP1 caused pulverized chromosomes to untether and disperse throughout the mitotic cell, consequently resulting in the mis-accumulation of DNA fragments in the cytoplasm. The inheritance of shattered chromosomes by a single daughter cell suggests that micronucleation can drive complex rearrangements that lack the DNA copy number oscillations characteristic of canonical chromothripsis. Comprehensive analysis of pan-cancer whole-genome sequencing data revealed clusters of DNA copy number-neutral rearrangements – termed balanced chromothripsis – across diverse cancer types resulting in the acquisition of known driver events. Thus, distinct patterns of chromothripsis can be explained by the spatial mitotic clustering of pulverized chromosomes from micronuclei.