ABSTRACT We present the complete genome sequence of Yersinia pestis KIM, the etiologic agent of bubonic and pneumonic plague. The strain KIM, biovar Mediaevalis, is associated with the second pandemic, including the Black Death. The 4.6-Mb genome encodes 4,198 open reading frames (ORFs). The origin, terminus, and most genes encoding DNA replication proteins are similar to those of Escherichia coli K-12. The KIM genome sequence was compared with that of Y. pestis CO92, biovar Orientalis, revealing homologous sequences but a remarkable amount of genome rearrangement for strains so closely related. The differences appear to result from multiple inversions of genome segments at insertion sequences, in a manner consistent with present knowledge of replication and recombination. There are few differences attributable to horizontal transfer. The KIM and E. coli K-12 genome proteins were also compared, exposing surprising amounts of locally colinear “backbone,” or synteny, that is not discernible at the nucleotide level. Nearly 54% of KIM ORFs are significantly similar to K-12 proteins, with conserved housekeeping functions. However, a number of E. coli pathways and transport systems and at least one global regulator were not found, reflecting differences in lifestyle between them. In KIM-specific islands, new genes encode candidate pathogenicity proteins, including iron transport systems, putative adhesins, toxins, and fimbriae.

Central to understanding the pathogenesis of tuberculosis is the interaction between the pathogen and mononuclear phagocytes. A key question about that interaction is whether Mycobacterium tuberculosis exerts an effect on phagolysosome fusion. We have reexamined the dynamics of phagolysosome fusion and its effect on intracellular bacterial replication in M. tuberculosis-infected macrophages by performing an extensive study at the electron microscopic level. Thoria-labelled murine and human macrophages were infected with a virulent (H37Rv) or avirulent (H37Ra) strain of M. tuberculosis or with Mycobacterium bovis BCG vaccine for times ranging from 2 h to 7 days. In all cases, by 2 h postinfection, approximately 85% of the bacteria clearly resided in fused vacuoles. However, at 4 days postinfection, fusion levels for viable H37Rv and H37Ra were reduced by half, whereas the fusion profiles of BCG and of heat-killed H37Rv and H37Ra were unchanged. A comparison of the numbers of bacteria per fused and nonfused vacuoles suggests both a net transfer of bacteria out of fused vacuoles and preferential bacterial multiplication in nonfused vacuoles. H37Rv and H37Ra appeared to bud from the phagolysosomes into tightly apposed membrane vesicles that did not fuse with secondary lysosomes. In some cases, no such membrane was seen and the bacteria appeared to be free in the cytoplasm. Only viable H37Rv showed a significant increase in bacterial counts during the course of infection. Thus, both of the attenuated strains we examined differed from the virulent strain H37Rv in their abilities to replicate successfully within macrophages, but each diverged from H37Rv at a different point in the process. Viable tubercle bacilli H37Rv and H37Ra had the capacity to escape from fused vesicles as the infection progressed; BCG did not. After extrusion from the phagolysosome, H37Rv, but not H37Ra, was able to multiply. These results suggest a novel mechanism by which virulent M. tuberculosis eludes the microbicidal mechanisms of macrophages by escaping from fused phagolysosomes into nonfused vesicles or the cytoplasm.

Most of the patients infected with severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) mount a humoral immune response to the virus within a few weeks of infection, but the duration of this response and how it correlates with clinical outcomes has not been completely characterized. Of particular importance is the identification of immune correlates of infection that would support public health decision-making on treatment approaches, vaccination strategies, and convalescent plasma therapy. While ELISA-based assays to detect and quantitate antibodies to SARS-CoV-2 in patient samples have been developed, the detection of neutralizing antibodies typically requires more demanding cell-based viral assays. Here, we present a safe and efficient protein-based assay for the detection of serum and plasma antibodies that block the interaction of the SARS-CoV-2 spike protein receptor binding domain (RBD) with its receptor, angiotensin-converting enzyme 2 (ACE2). The assay serves as a surrogate neutralization assay and is performed on the same platform and in parallel with an ELISA for the detection of antibodies against the RBD, enabling a direct comparison. The results obtained with our assay correlate with those of 2 viral-based assays, a plaque reduction neutralization test (PRNT) that uses live SARS-CoV-2 virus and a spike pseudotyped viral vector–based assay.

Abstract Most of the patients infected with severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) mount a humoral immune response to the virus within a few weeks of infection, but the duration of this response and how it correlates with clinical outcomes has not been completely characterized. Of particular importance is the identification of immune correlates of infection that would support public health decision-making on treatment approaches, vaccination strategies, and convalescent plasma therapy. While ELISA-based assays to detect and quantitate antibodies to SARS-CoV-2 in patient samples have been developed, the detection of neutralizing antibodies typically requires more demanding cell-based viral assays. Here, we present a safe and efficient protein-based assay for the detection of serum and plasma antibodies that block the interaction of the SARS-CoV-2 spike protein receptor binding domain (RBD) with its receptor, angiotensin converting-enzyme 2 (ACE2). The assay serves as a surrogate neutralization assay and is performed on the same platform and in parallel with an enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) for the detection of antibodies against the RBD, enabling a direct comparison. The results obtained with our assay correlate with those of two viral based assays, a plaque reduction neutralization test (PRNT) that uses live SARS-CoV-2 virus, and a spike pseudotyped viral-vector-based assay.

The emergence of recombinant viruses is a threat to public health. Recombination of viral variants may combine variant-specific features that together catalyze viral escape from treatment or immunity. The selective advantages of recombinant SARS-CoV-2 isolates over their parental lineages remain unknown.Multi-method amplicon and metagenomic sequencing of a clinical swab and the in vitro grown virus allowed for high-confidence detection of a novel recombinant variant. Mutational, phylogeographic, and structural analyses determined features of the recombinant genome and spike protein. Neutralization assays using infectious as well as pseudotyped viruses and point mutants thereof defined the recombinant's sensitivity to a panel of monoclonal antibodies and sera from vaccinated and/or convalescent individuals.A novel Delta-Omicron SARS-CoV-2 recombinant was identified in an unvaccinated, immunosuppressed kidney transplant recipient treated with monoclonal antibody Sotrovimab. The recombination breakpoint is located in the spike N-terminal domain, adjacent to the Sotrovimab quaternary binding site, and results in a 5'-Delta AY.45 and a 3'-Omicron BA.1 mosaic spike protein. Delta and BA.1 are sensitive to Sotrovimab neutralization, whereas the Delta-Omicron recombinant is highly resistant to Sotrovimab, both with and without the RBD resistance mutation E340D.Recombination between circulating SARS-CoV-2 variants can functionally contribute to immune escape. It is critical to validate phenotypes of mosaic viruses and monitor immunosuppressed COVID-19 patients treated with monoclonal antibodies for the selection of recombinant and immune escape variants. (Funded by NYU, the National Institutes of Health, and others).

Abstract The origin of the diffuse astrophysical neutrino flux measured by the IceCube Observatory remains largely unknown. Although NGC 1068 and TXS 0506+056 have been identified as potential neutrino sources, the diffuse flux of neutrinos must have additional sources that have not yet been identified. Here we investigate potential correlations between IceCube's neutrino events and the Fermi and MOJAVE source catalogs, using the publicly-available IceCube data set. We perform three separate spatially-dependent, energy-dependent, and time-dependent searches, and find no statistically significant sources outside of NGC 1068. We find that, under the most optimistic assumptions of a spectral index of 2.0 and a neutrino flux uncorrelated with the gamma ray flux, no more than 13% of IceCube's neutrino flux originates from blazars over the whole sky. Then, using an energy-dependent likelihood analysis, the limit on neutrinos originating from blazars reduces to 9% in the Northern hemisphere under the same spectral index and flux assumptions. Finally, we set limits on individual sources from the MOJAVE radio catalog after finding no statistically significant time-flaring sources.

JYNNEOS, a third-generation smallpox vaccine, is integral to monkeypox virus (MPXV) control efforts, but the durability of this modified vaccinia Ankara-Bavarian Nordic (MVA-BN) vaccine's effectiveness is undefined. We optimized and used a plaque reduction neutralization test (PRNT) with authentic clade IIa MPXV and vaccinia virus to assess antibody responses over 12 months in 8 donors vaccinated with 2 doses of JYNNEOS. One donor previously received the ACAM2000 vaccine; 7 donors were smallpox vaccine-naive. IgG responses of the donors to vaccinia virus (L1, B5, and A33) or MPXV (E8, H3, A35) antigens and PRNT titers to both viruses peaked at 8 weeks postvaccination and waned rapidly thereafter in naive donors. MPXV PRNT titers were especially low; no naive donors demonstrated 90% plaque reduction. These data indicate a need for improved correlates of MPXV immunity to enable MVA-BN durability studies, given that recent clinical data support MVA-BN vaccine efficacy against MPXV despite low antibody responses.

Mycobacterium tuberculosis (Mtb), the etiologic agent of tuberculosis, must adapt to host-associated environments during infection by modulating gene expression. Small regulatory RNAs (sRNAs) are key regulators of bacterial gene expression, but their roles in Mtb are not well understood. Here, we address the expression and function of the Mtb sRNA Mcr11, which is associated with slow bacterial growth and latent infections in mice. We found, by using biochemical and genetic approaches, that the AbmR transcription factor and an extended region of native sequence 3’ to the mcr11 gene enhance production of mature Mcr11. Additionally, we found that expression of Mcr11 was unstable in the saprophyte Mycobacterium smegmatis, which lacks an mcr11 orthologue. Bioinformatic analyses used to predict regulatory targets of Mcr11 identified 9-11 nucleotide regions immediately upstream of Rv3282 and lipB with potential for direct base-pairing with Mcr11. mcr11-dependent regulation of Rv3282, lipB, Rv2216 and pknA was demonstrated using qRT-PCR in wild type versus mcr11-deleted Mtb and found to be responsive to the presence of fatty acids. These studies establish that Mcr11 has roles in regulating growth and central metabolism in Mtb that warrant further investigation. In addition, our finding that multiple factors are required for production of stable, mature Mcr11 emphasizes the need to study mechanisms of sRNA expression and stability in TB complex mycobacteria to understand their roles in TB pathogenesis.

ABSTRACT The bacterium Mycobacterium tuberculosis (Mtb) must adapt to myriad host-associated stressors. A recently identified transcription factor, AbmR (ATP-binding mcr11 -regulator), regulates expression of an essential stress-responsive small RNA (Mcr11) and inhibits the growth of Mtb. Previously, AbmR was found to make 39S complexes of unknown function. Here we report that AbmR 39S complexes are comprised of AbmR and co-purifying RNAs and that RNA-binding inhibits AbmR’s DNA-binding function. While AbmR binds DNA and regulates gene expression in a sequence specific manner, RNA-binding is not sequence specific. Amino acid R146 is important for DNA-binding but completely dispensable for RNA-binding and 39S complex formation, establishing that the RNA- and DNA-binding functions of AbmR are distinct. RNA bound by AbmR was protected from RNase digestion, supporting an RNA modulatory function for the 39S complex. We also found that abmR is required for optimal survival during treatment with the ATP-depleting antibiotic bedaquiline, which is associated with extended RNA stability. These data establish a paradigm wherein a transcription factor assembles into large complexes to transition between mutually exclusive DNA-binding gene regulatory and RNA-binding RNA modulatory functions. Our findings indicate that AbmR is a dual-function protein that may have novel RNA regulatory roles in stress adapted Mtb.

The recA gene, encoding Recombinase A (RecA) is one of three Mycobacterium tuberculosis (Mtb) genes encoding an in-frame intervening protein sequence (intein) that must splice out of precursor host protein to produce functional protein. Ongoing debate about whether inteins function solely as selfish genetic elements or benefit their host cells requires understanding of interplay between inteins and their hosts. We measured environmental effects on native RecA intein splicing within Mtb using a combination of western blots and promoter reporter assays. RecA splicing was stimulated in bacteria exposed to DNA damaging agents or by treatment with copper in hypoxic, but not normoxic, conditions. Spliced RecA was processed by the Mtb proteasome, while free intein was degraded efficiently by other unknown mechanisms. Unspliced precursor protein was not observed within Mtb despite its accumulation during ectopic expression of Mtb recA within E. coli. Surprisingly, Mtb produced free N-extein in some conditions, and ectopic expression of Mtb N-extein activated LexA in E. coli. These results demonstrate that the bacterial environment greatly impacts RecA splicing in Mtb, underscoring the importance of studying intein splicing in native host environments and raising the exciting possibility of intein splicing as a novel regulatory mechanism in Mtb.