We present a novel small molecule antiviral chemotype that was identified by an unconventional cell-free protein synthesis and assembly-based phenotypic screen for modulation of viral capsid assembly. Activity of PAV-431, a representative compound from the series, has been validated against infectious virus in multiple cell culture models for all six families of viruses causing most respiratory disease in humans. In animals this chemotype has been demonstrated efficacious for Porcine Epidemic Diarrhea Virus (a coronavirus) and Respiratory Syncytial Virus (a paramyxovirus). PAV-431 is shown to bind to the protein 14-3-3, a known allosteric modulator. However, it only appears to target the small subset of 14-3-3 which is present in a dynamic multi-protein complex whose components include proteins implicated in viral lifecycles and in innate immunity. The composition of this target multi-protein complex appears to be modified upon viral infection and largely restored by PAV-431 treatment. Our findings suggest a new paradigm for understanding, and drugging, the host-virus interface, which leads to a new clinical therapeutic strategy for treatment of respiratory viral disease.

Nitrogen is an essential element for life, with the availability of fixed nitrogen limiting productivity in many ecosystems. The return of oxidized nitrogen species to the atmospheric N 2 pool is predominately catalyzed by microbial denitrification (NO 3 - → NO 2 - → NO → N 2 O → N 2 ) 1 . Incomplete denitrification can produce N 2 O as a terminal product, leading to an increase in atmospheric N 2 O, a potent greenhouse and ozone-depleting gas 2 . The production of N 2 O is catalyzed by nitric oxide reductase (NOR) members of the heme-copper oxidoreductase (HCO) superfamily 3 . Here we use phylogenomics to identify a number of previously uncharacterized HCO families and propose that many of them (eNOR, sNOR, gNOR, and nNOR) perform nitric oxide reduction. These families have novel active-site structures and several have conserved proton channels, suggesting that they might be able to couple nitric oxide reduction to energy conservation. We isolated and biochemically characterized a member of the eNOR family from Rhodothermus marinus , verifying that it performs nitric oxide reduction both in vitro and in vivo . These newly identified NORs exhibit broad phylogenetic and environmental distributions, expanding the diversity of microbes that can perform denitrification. Phylogenetic analyses of the HCO superfamily demonstrate that nitric oxide reductases evolved multiple times independently from oxygen reductases, suggesting that complete denitrification evolved after aerobic respiration.

ABSTRACT Although the green alga Chlamydomonas reinhardtii has long served as a reference organism, few studies have interrogated its role as a primary producer in microbial interactions. Here, we quantitatively investigated C. reinhardtii’s capacity to support a heterotrophic microbe using the established coculture system with Mesorhizobium japonicum , a vitamin B 12 -producing α-proteobacterium. Using stable isotope probing and nanoscale secondary ion mass spectrometry (nanoSIMS), we tracked the flow of photosynthetic fixed carbon and consequent bacterial biomass synthesis under continuous and diurnal light with single-cell resolution. We found that more 13 C fixed by the alga was taken up by bacterial cells under continuous light, invalidating the hypothesis that the alga’s fermentative degradation of starch reserves during the night would boost M. japonicum heterotrophy. 15 NH 4 assimilation rates and changes in cell size revealed that M. japonicum cells reduced new biomass synthesis in coculture with the alga but continued to divide – a hallmark of nutrient limitation often referred to as reductive division. Despite this sign of starvation, the bacterium still synthesized vitamin B 12 and supported the growth of a B 12 -dependent C. reinhardtii mutant. Finally, we showed that bacterial proliferation could be supported solely by the algal lysis that occurred in coculture, highlighting the role of necromass in carbon cycling. Collectively, these results reveal the scarcity of fixed carbon in this microbial trophic relationship (particularly under environmentally relevant light regimes), demonstrate B 12 exchange even during bacterial starvation, and underscore the importance of quantitative approaches for assessing metabolic coupling in algal-bacterial interactions.

Abstract Chemolithoautotrophic manganese oxidation has long been theorized, but only recently demonstrated in a bacterial co-culture. The majority member of the co-culture, Candidatus Manganitrophus noduliformans, is a distinct but not yet isolated lineage in the phylum Nitrospirota ( Nitrospirae ). Here, we established two additional MnCO 3 -oxidizing cultures using inocula from Santa Barbara (USA) and Boetsap (South Africa). Both cultures were dominated by strains of a new species, designated Candidatus Manganitrophus morganii. The next abundant members differed in the available cultures, suggesting that while Ca . Manganitrophus species have not been isolated in pure culture, they may not require a specific syntrophic relationship with another species. Phylogeny of cultivated Ca . Manganitrophus and related metagenome-assembled genomes revealed a coherent taxonomic family, Candidatus Manganitrophaceae, from both freshwater and marine environments and distributed globally. Comparative genomic analyses support this family being Mn(II)-oxidizing chemolithoautotrophs. Among the 895 shared genes were a subset of those hypothesized for Mn(II) oxidation (Cyc2 and PCC_1) and oxygen reduction (TO_1 and TO_2) that could facilitate Mn(II) lithotrophy. An unusual, plausibly reverse Complex 1 containing 2 additional pumping subunits was also shared by the family, as were genes for the reverse TCA carbon fixation cycle, which could enable Mn(II) autotrophy. All members of the family lacked genes for nitrification found in Nitrospira species. The results suggest that Ca . Manganitrophaceae share a core set of candidate genes for the newly discovered manganese dependent chemolithoautotrophic lifestyle, and likely have a broad, global distribution. Importance Manganese (Mn) is an abundant redox-active metal that cycled in many of Earth’s biomes. While diverse bacteria and archaea have been demonstrated to respire Mn(III/IV), only recently have bacteria been implicated in Mn(II) oxidation dependent growth. Here, two new Mn(II)-oxidizing enrichment cultures originated from two continents and hemispheres were examined. By comparing the community composition of the enrichments and performing phylogenomic analysis on the abundant Nitrospirota therein, new insights are gleaned on cell interactions, taxonomy, and machineries that may underlie Mn(II)-based lithotrophy and autotrophy.

We present a novel small molecule antiviral chemotype that was identified by an unconventional cell-free protein synthesis and assembly-based phenotypic screen for modulation of viral capsid assembly. Activity of PAV-431, a representative compound from the series, has been validated against infectious viruses in multiple cell culture models for all six families of viruses causing most respiratory diseases in humans. In animals, this chemotype has been demonstrated efficacious for porcine epidemic diarrhoea virus (a coronavirus) and respiratory syncytial virus (a paramyxovirus). PAV-431 is shown to bind to the protein 14-3-3, a known allosteric modulator. However, it only appears to target the small subset of 14-3-3 which is present in a dynamic multi-protein complex whose components include proteins implicated in viral life cycles and in innate immunity. The composition of this target multi-protein complex appears to be modified upon viral infection and largely restored by PAV-431 treatment. An advanced analog, PAV-104, is shown to be selective for the virally modified target, thereby avoiding host toxicity. Our findings suggest a new paradigm for understanding, and drugging, the host–virus interface, which leads to a new clinical therapeutic strategy for treatment of respiratory viral disease.