Asia is considered an important source of influenza A virus (IAV) pandemics, owing to large, diverse viral reservoirs in poultry and swine. However, the zoonotic origins of the 2009 A/H1N1 influenza pandemic virus (pdmH1N1) remain unclear, due to conflicting evidence from swine and humans. There is strong evidence that the first human outbreak of pdmH1N1 occurred in Mexico in early 2009. However, no related swine viruses have been detected in Mexico or any part of the Americas, and to date the most closely related ancestor viruses were identified in Asian swine. Here, we use 58 new whole-genome sequences from IAVs collected in Mexican swine to establish that the swine virus responsible for the 2009 pandemic evolved in central Mexico. This finding highlights how the 2009 pandemic arose from a region not considered a pandemic risk, owing to an expansion of IAV diversity in swine resulting from long-distance live swine trade.

ABSTRACT The Influenza A virus (IAV) hemagglutinin protein (HA) has been studied extensively, but its evolution has not been thoroughly compared among major host species. We compared H3 and H1 evolutionary rates among 49 lineages differentiated by host (avian, canine, equine, human, swine), phylogeny, and geography. Rates of nonsynonymous evolution, relative to synonymous rates, were higher in mammalian than avian hosts. Human seasonal HA and classical swine H1 accumulated 11-13 glycosylation sites, primarily in the antigenically important head domain, whereas lower numbers were maintained in other hosts. Canines had the highest ratio of nonsynonymous to synonymous changes in the more conserved stalk domain. Amino acid changes in canine viruses occurred disproportionately at residues located at protein interfaces. This suggests that they were adaptations affecting the major structural rearrangement of HA, which is critical for cell entry. These findings invite further study of how host ecology and physiology affect natural selection. AUTHOR SUMMARY Influenza virus evolution is of practical importance to health in addition to being an excellent system for the study of parasite/host evolution. Our work explores a largely untapped aspect of influenza evolution: sequence evolution in non-human hosts. This is important in its own right, in terms of both science and domestic animal health. It also puts the evolution of human influenza in a larger, comparative context. Our results also provide evidence concerning the evolution of the hemagglutinin stem domain, which has not been a focus of study but has new importance due to the development of stem-based universal influenza vaccines.

Abstract Nonpharmaceutical interventions (NPIs) implemented during the COVID-19 pandemic have disrupted the dynamics of respiratory syncytial virus (RSV) on a global scale; however, the cycling of RSV subtypes in the pre- and post-pandemic period remains poorly understood. Here, we used a two subtype RSV model supplemented with epidemiological data to study the impact of NPIs on the two circulating subtypes, RSV-A and RSV-B. The model is calibrated to historic RSV subtype data from the United Kingdom and Finland and predicts a tendency for RSV-A dominance over RSV-B immediately following the implementation of NPIs. Using a global genetic dataset, we confirm that RSV-A has prevailed over RSV-B in the post-pandemic period, consistent with a higher R 0 for RSV-A. With new RSV infant monoclonals and maternal and elderly vaccines becoming widely available, these results may have important implications for understanding intervention effectiveness in the context of disrupted subtype dynamics.

Abstract Our previous research revealed a key microRNA signature that is associated with spaceflight that can be used as a biomarker and to develop countermeasure treatments to mitigate the damage caused by space radiation. Here, we expand on this work to determine the biological factors rescued by the countermeasure treatment. We performed RNA-sequencing and transcriptomic analysis on 3D microvessel cell cultures exposed to simulated deep space radiation (0.5 Gy of Galactic Cosmic Radiation) with and without the antagonists to three microRNAs: miR-16-5p, miR-125b-5p, and let-7a-5p ( i.e ., antagomirs). Significant reduction of inflammation and DNA double strand breaks (DSBs) activity and rescue of mitochondria functions are observed after antagomir treatment. Using data from astronaut participants in the NASA Twin Study, Inspiration4, and JAXA missions, we reveal the genes and pathways implicated in the action of these antagomirs are altered in humans. Our findings indicate a countermeasure strategy that can potentially be utilized by astronauts in spaceflight missions to mitigate space radiation damage.

Lethal COVID-19 causation most often invokes classic cytokine storm and attendant excessive immune signaling. We re-visit this question using RNA sequencing in nasopharyngeal and 40 autopsy samples from both COVID-19-positive and negative individuals. In nasal swabs, the top 100 genes expressed, and significantly correlated with COVID-19 viral load, indeed include many canonical innate immune genes. However, 22 much less studied "non-canonical" genes are found and despite the absence of viral transcripts, subsets of these are upregulated in heart, lung, kidney, and liver, but not mediastinal lymph nodes. An important regulatory potential emerges for the non-canonical genes for over-activating the renin-angiotensin-activation-system (RAAS) pathway, resembling this phenomenon in hereditary angioedema (HAE) and its overlapping multiple features with lethal COVID-19 infections. Specifically, RAAS overactivation links increased fibrin deposition, leaky vessels, thrombotic tendency, and initiating the PANoptosis death pathway, as suggested in heart, lung, and especially mediastinal lymph nodes, and a tight association mitochondrial dysfunction linked to immune responses. For mediastinal lymph nodes, immunohistochemistry studies correlate showing abnormal architecture, excess fibrin and collagen deposition, and pathogenic fibroblasts. Further, our findings overlap these for COVID-19 infected hamsters, C57BL/6 and BALB/c mouse models, and importantly peripheral blood mononuclear cell (PBMC) and whole blood samples from COVID-19 patients infected with early alpha but also later COVID-19 omicron strains. We thus present cytokine storm in lethal COVID-19 disease as an interplay between upstream immune gene signaling producing downstream RAAS overactivation with resultant severe organ damage, especially compromising mediastinal lymph node function.

ABSTRACT Large datasets along with sampling bias represent a challenge for phylodynamic reconstructions, particularly when the study data are obtained from various heterogeneous sources and/or through convenience sampling. In this study, we evaluate the presence of unbalanced sampled distribution by collection date, location, and risk group of HIV-1 subtype C using a compre-hensive subsampling strategy, and assess their impact on the reconstruction of the viral spatial and risk group dynamics using phylogenetic comparative methods. Our study shows that the most suitable dataset for ancestral trait reconstruction can be obtained through subsampling by collection date, location, and risk group, particularly using multigene datasets. We also demonstrate that sampling bias is inflated when considerable information for a given trait is unavailable or of poor quality, as we observed for the risk group in the analysis of HIV-1 subtype C. In conclusion, we suggest that, even if traits are not well recorded, including them deliberately optimizes the representativeness of the original dataset rather than completely excluding them. Therefore, we advise the inclusion of as many traits as possible with the aid of subsampling approaches in order to optimize the dataset for phylodynamic analysis while reducing the computational burden. This will benefit research communities investigating the evolutionary and spatiotemporal patterns of infectious diseases.

Abstract Highly pathogenic avian influenza virus (HPAIV) A H5 clade 2.3.4.4 has caused worldwide outbreaks in domestic poultry, occasional spillover to humans, and increasing deaths of diverse species of wild birds since 2014. Wild bird migration is currently acknowledged as an important ecological process contributing to the global dispersal of HPAIV H5. However, it is unclear how seasonal bird migration facilitates global virus dispersal , and which avian species are exposed to HPAI H5 clade 2.3.4.4 viruses and where . To shed light on ongoing global outbreaks, we sought to explore these questions through phylodynamic analyses based on empirical data of bird movement tracking and virus genome sequences. First, based on viral phylogeography and bird migration networks, we demonstrate that seasonal bird migration can explain salient features of the global dispersal of clade 2.3.4.4. Second, we detect synchrony between the seasonality of bird annual cycle phases and virus lineage movements. We reveal the differing vulnerable bird orders at geographical origins and destinations of HPAIV H5 lineage movements. Notably, we highlight the potential importance of relatively under-discussed Suliformes and Ciconiiformes, in addition to Anseriformes and Charadriiformes, in virus lineage movements. Our study provides a phylodynamic framework that links the bird movement ecology and genomic epidemiology of avian influenza; it highlights the importance of integrating bird behaviour and life history in avian influenza studies.

Adaptive immunity to influenza A virus is limited by frequent mutations in the immunodominant head of hemagglutinin (HA). Over the last century, the upward trend in HA-head glycosylation indicates glycan addition can increase fitness, but its role in viral evolution remains unclear. Here, we report glycan evolution follows a clock-like rhythm, pacing the timeline, trajectory, and replacement of HA. Following pandemic introduction, glycans are added to HA at 4- to 6-year intervals, until a functional glycan limit is reached, after which, at 9- to 12-year intervals, glycans are either swapped between different sites, or the HA is replaced by a novel pandemic virus. Using this, we predicted the appearance of the newest glycan on pH1N1 HA. Phylogeographic reconstruction suggests these highly fit strains originated in the Middle East, before rapidly replacing all strains globally. Going forward, we can use this simple algorithm to forecast future glycan evolution and identify seasons with higher pandemic potential.

HIV-1 CRF08_BC is a significant subtype in China, though its origin and spread remain incompletely understood. Previous studies using partial genomic data have provided insights but lack comprehensive analysis. Here, we investigate the early evolutionary and spatiotemporal dynamics of HIV-1 CRF08_BC in China and Myanmar using near-complete genome sequences. We analyzed 28 near-complete HIV-1 CRF08_BC genomes from China and Myanmar (1997–2013). Phylogenetic, molecular clock, and Bayesian discrete trait analyses were performed to infer the virus’s origin, spread, and associated risk groups. Based on Bayesian time-scaled inference with the best-fitting combination of models determined by marginal likelihood estimation (MLE), we inferred the time to the most recent common ancestor (TMRCA) and evolutionary rate of HIV-1 CRF08_BC to be at 3 October 1991 (95% HPD: 22 February1989–27 November 1993) and 2.30 × 10 −3 substitutions per site per year (95% HPD: 1.96 × 10 −3 –2.63 × 10 −3 ), respectively. Our analysis suggests that HIV-1 CRF08_BC originated in Yunnan Province, China, among injecting drug users, and subsequently spread to other regions. This study provides valuable insights into the early dynamics of HIV-1 CRF08_BC through combined genomic and epidemiological data, which may inform effective prevention and mitigation efforts. However, the limited genomic data influenced the extent of our findings, and challenges in collecting accurate risk group information during surveillance were evident.