African trypanosomes cause human sleeping sickness and livestock trypanosomiasis in sub-Saharan Africa. We present the sequence and analysis of the 11 megabase-sized chromosomes of Trypanosoma brucei . The 26-megabase genome contains 9068 predicted genes, including ∼900 pseudogenes and ∼1700 T. brucei –specific genes. Large subtelomeric arrays contain an archive of 806 variant surface glycoprotein (VSG) genes used by the parasite to evade the mammalian immune system. Most VSG genes are pseudogenes, which may be used to generate expressed mosaic genes by ectopic recombination. Comparisons of the cytoskeleton and endocytic trafficking systems with those of humans and other eukaryotic organisms reveal major differences. A comparison of metabolic pathways encoded by the genomes of T. brucei, T. cruzi , and Leishmania major reveals the least overall metabolic capability in T. brucei and the greatest in L. major . Horizontal transfer of genes of bacterial origin has contributed to some of the metabolic differences in these parasites, and a number of novel potential drug targets have been identified.

Whole-genome sequencing of the protozoan pathogen Trypanosoma cruzi revealed that the diploid genome contains a predicted 22,570 proteins encoded by genes, of which 12,570 represent allelic pairs. Over 50% of the genome consists of repeated sequences, such as retrotransposons and genes for large families of surface molecules, which include trans-sialidases, mucins, gp63s, and a large novel family (>1300 copies) of mucin-associated surface protein (MASP) genes. Analyses of the T. cruzi, T. brucei , and Leishmania major (Tritryp) genomes imply differences from other eukaryotes in DNA repair and initiation of replication and reflect their unusual mitochondrial DNA. Although the Tritryp lack several classes of signaling molecules, their kinomes contain a large and diverse set of protein kinases and phosphatases; their size and diversity imply previously unknown interactions and regulatory processes, which may be targets for intervention.

Schistosoma mansoni is responsible for the neglected tropical disease schistosomiasis that affects 210 million people in 76 countries. Here we present analysis of the 363 megabase nuclear genome of the blood fluke. It encodes at least 11,809 genes, with an unusual intron size distribution, and new families of micro-exon genes that undergo frequent alternative splicing. As the first sequenced flatworm, and a representative of the Lophotrochozoa, it offers insights into early events in the evolution of the animals, including the development of a body pattern with bilateral symmetry, and the development of tissues into organs. Our analysis has been informed by the need to find new drug targets. The deficits in lipid metabolism that make schistosomes dependent on the host are revealed, and the identification of membrane receptors, ion channels and more than 300 proteases provide new insights into the biology of the life cycle and new targets. Bioinformatics approaches have identified metabolic chokepoints, and a chemogenomic screen has pinpointed schistosome proteins for which existing drugs may be active. The information generated provides an invaluable resource for the research community to develop much needed new control tools for the treatment and eradication of this important and neglected disease. Two international consortia this week report the whole genome sequences of the blood flukes Schistosoma mansoni and Schistosoma japonicum, two of the three major pathogens that cause schistosomiasis, also called bilharzia. Schistosomiasis is a 'neglected' tropical disease affecting more than 200 million people in 76 countries. Analyses of the new genome sequences provide insights into the molecular architecture and host interactions of these pathogens, as well as avenues for future development of targeted interventions for this disease. These are the first two flatworm genomes to be sequenced, so they offer new angles on the early events in animal evolution, in particular the determination of body pattern and the development of tissues into organs. Schistosoma mansoni and Schistosoma japonicum are the pathogenic agents that cause the tropical disease schistosomiasis. Here, and in an accompanying paper, the genomes of these two flatworms are sequenced and analysed. The results provide insights into the molecular architecture and host interactions of the flatworms, as well as avenues for future development of targeted interventions for schistosomiasis.

Although common among bacteria, lateral gene transfer—the movement of genes between distantly related organisms—is thought to occur only rarely between bacteria and multicellular eukaryotes. However, the presence of endosymbionts, such as Wolbachia pipientis , within some eukaryotic germlines may facilitate bacterial gene transfers to eukaryotic host genomes. We therefore examined host genomes for evidence of gene transfer events from Wolbachia bacteria to their hosts. We found and confirmed transfers into the genomes of four insect and four nematode species that range from nearly the entire Wolbachia genome (>1 megabase) to short (<500 base pairs) insertions. Potential Wolbachia -to-host transfers were also detected computationally in three additional sequenced insect genomes. We also show that some of these inserted Wolbachia genes are transcribed within eukaryotic cells lacking endosymbionts. Therefore, heritable lateral gene transfer occurs into eukaryotic hosts from their prokaryote symbionts, potentially providing a mechanism for acquisition of new genes and functions.

A comparison of gene content and genome architecture of Trypanosoma brucei, Trypanosoma cruzi , and Leishmania major , three related pathogens with different life cycles and disease pathology, revealed a conserved core proteome of about 6200 genes in large syntenic polycistronic gene clusters. Many species-specific genes, especially large surface antigen families, occur at nonsyntenic chromosome-internal and subtelomeric regions. Retroelements, structural RNAs, and gene family expansion are often associated with syntenic discontinuities that—along with gene divergence, acquisition and loss, and rearrangement within the syntenic regions—have shaped the genomes of each parasite. Contrary to recent reports, our analyses reveal no evidence that these species are descended from an ancestor that contained a photosynthetic endosymbiont.

Rationale: Results from 16S rDNA-encoding gene sequence–based, culture-independent techniques have led to conflicting conclusions about the composition of the lower respiratory tract microbiome.Objectives: To compare the microbiome of the upper and lower respiratory tract in healthy HIV-uninfected nonsmokers and smokers in a multicenter cohort.Methods: Participants were nonsmokers and smokers without significant comorbidities. Oral washes and bronchoscopic alveolar lavages were collected in a standardized manner. Sequence analysis of bacterial 16S rRNA-encoding genes was performed, and the neutral model in community ecology was used to identify bacteria that were the most plausible members of a lung microbiome.Measurements and Main Results: Sixty-four participants were enrolled. Most bacteria identified in the lung were also in the mouth, but specific bacteria such as Enterobacteriaceae, Haemophilus, Methylobacterium, and Ralstonia species were disproportionally represented in the lungs compared with values predicted by the neutral model. Tropheryma was also in the lung, but not the mouth. Mouth communities differed between nonsmokers and smokers in species such as Porphyromonas, Neisseria, and Gemella, but lung bacterial populations did not.Conclusions: This study is the largest to examine composition of the lower respiratory tract microbiome in healthy individuals and the first to use the neutral model to compare the lung to the mouth. Specific bacteria appear in significantly higher abundance in the lungs than would be expected if they originated from the mouth, demonstrating that the lung microbiome does not derive entirely from the mouth. The mouth microbiome differs in nonsmokers and smokers, but lung communities were not significantly altered by smoking.

Parasitic nematodes that cause elephantiasis and river blindness threaten hundreds of millions of people in the developing world. We have sequenced the ∼90 megabase (Mb) genome of the human filarial parasite Brugia malayi and predict ∼11,500 protein coding genes in 71 Mb of robustly assembled sequence. Comparative analysis with the free-living, model nematode Caenorhabditis elegans revealed that, despite these genes having maintained little conservation of local synteny during ∼350 million years of evolution, they largely remain in linkage on chromosomal units. More than 100 conserved operons were identified. Analysis of the predicted proteome provides evidence for adaptations of B. malayi to niches in its human and vector hosts and insights into the molecular basis of a mutualistic relationship with its Wolbachia endosymbiont. These findings offer a foundation for rational drug design.

Complete genome DNA sequence and analysis is presented for Wolbachia, the obligate alpha-proteobacterial endosymbiont required for fertility and survival of the human filarial parasitic nematode Brugia malayi. Although, quantitatively, the genome is even more degraded than those of closely related Rickettsia species, Wolbachia has retained more intact metabolic pathways. The ability to provide riboflavin, flavin adenine dinucleotide, heme, and nucleotides is likely to be Wolbachia's principal contribution to the mutualistic relationship, whereas the host nematode likely supplies amino acids required for Wolbachia growth. Genome comparison of the Wolbachia endosymbiont of B. malayi (wBm) with the Wolbachia endosymbiont of Drosophila melanogaster (wMel) shows that they share similar metabolic trends, although their genomes show a high degree of genome shuffling. In contrast to wMel, wBm contains no prophage and has a reduced level of repeated DNA. Both Wolbachia have lost a considerable number of membrane biogenesis genes that apparently make them unable to synthesize lipid A, the usual component of proteobacterial membranes. However, differences in their peptidoglycan structures may reflect the mutualistic lifestyle of wBm in contrast to the parasitic lifestyle of wMel. The smaller genome size of wBm, relative to wMel, may reflect the loss of genes required for infecting host cells and avoiding host defense systems. Analysis of this first sequenced endosymbiont genome from a filarial nematode provides insight into endosymbiont evolution and additionally provides new potential targets for elimination of cutaneous and lymphatic human filarial disease.

Microaspiration is a common phenomenon in healthy subjects, but its frequency is increased in chronic inflammatory airway diseases, and its role in inflammatory and immune phenotypes is unclear. We have previously demonstrated that acellular bronchoalveolar lavage samples from half of the healthy people examined are enriched with oral taxa (here called pneumotypeSPT) and this finding is associated with increased numbers of lymphocytes and neutrophils in bronchoalveolar lavage. Here, we have characterized the inflammatory phenotype using a multi-omic approach. By evaluating both upper airway and acellular bronchoalveolar lavage samples from 49 subjects from three cohorts without known pulmonary disease, we observed that pneumotypeSPT was associated with a distinct metabolic profile, enhanced expression of inflammatory cytokines, a pro-inflammatory phenotype characterized by elevated Th-17 lymphocytes and, conversely, a blunted alveolar macrophage TLR4 response. The cellular immune responses observed in the lower airways of humans with pneumotypeSPT indicate a role for the aspiration-derived microbiota in regulating the basal inflammatory status at the pulmonary mucosal surface. Enrichment of oral microbiota in the bronchoalveolar lavage of apparently healthy people is associated with a pro-inflammatory phenotype, suggesting that aspiration-derived microbiota play a role in regulating basal inflammatory status.

Influenza viruses are remarkably adept at surviving in the human population over a long timescale. The human influenza A virus continues to thrive even among populations with widespread access to vaccines, and continues to be a major cause of morbidity and mortality. The virus mutates from year to year, making the existing vaccines ineffective on a regular basis, and requiring that new strains be chosen for a new vaccine. Less-frequent major changes, known as antigenic shift, create new strains against which the human population has little protective immunity, thereby causing worldwide pandemics. The most recent pandemics include the 1918 'Spanish' flu, one of the most deadly outbreaks in recorded history, which killed 30-50 million people worldwide, the 1957 'Asian' flu, and the 1968 'Hong Kong' flu. Motivated by the need for a better understanding of influenza evolution, we have developed flexible protocols that make it possible to apply large-scale sequencing techniques to the highly variable influenza genome. Here we report the results of sequencing 209 complete genomes of the human influenza A virus, encompassing a total of 2,821,103 nucleotides. In addition to increasing markedly the number of publicly available, complete influenza virus genomes, we have discovered several anomalies in these first 209 genomes that demonstrate the dynamic nature of influenza transmission and evolution. This new, large-scale sequencing effort promises to provide a more comprehensive picture of the evolution of influenza viruses and of their pattern of transmission through human and animal populations. All data from this project are being deposited, without delay, in public archives.