Abstract A protein map of the smallest known self‐replicating organism, Mycoplasma genitalium (Class: Mollicutes), revealed a high proportion of acidic proteins. Amino acid composition was used to putatively identify, or provide unique parameters, for 50 gene products separated by two‐dimensional gel electrophoresis. A further 19 proteins were subjected to peptide‐mass fingerprinting using matrix‐assisted laser desorption ionisation‐time of flight (MALDI‐TOF) mass spectrometry and 4 were subjected to N ‐terminal Edman degradation. The majority of M. genitalium proteins remain uncharacterised. However, the combined approach of amino acid analysis and peptide‐mass fingerprinting allowed gene products to be linked to homologous genes in a variety of organisms. This has allowed proteins to be identified prior to detection of their respective genes via the M. genitalium sequencing initiative. The principle of ‘hierarchical’ analysis for the mass screening of proteins and the analysis of microbial genomes via their protein complement or ‘proteome’ is detailed. Here, characterisation of gene products depends upon the quickest and most economical technologies being employed initially, so as to determine if a large number of proteins are already present in both homologous and heterologous species databases. Initial screening, which lends itself to automation and robotics, can then be followed by more time and cost intensive procedures, when necessary.

Fecal microbiota transplantation (FMT) can induce remission in patients with ulcerative colitis (UC). In a randomized controlled trial of FMT in patients with active UC, we aimed to identify bacterial taxonomic and functional factors associated with response to therapy.We performed a double-blind trial of 81 patients with active UC randomly assigned to groups that received an initial colonoscopic infusion and then intensive multidonor FMT or placebo enemas, 5 d/wk for 8 weeks. Patients in the FMT group received blended homogenized stool from 3-7 unrelated donors. Patients in the placebo group were eligible to receive open-label FMT after the double-blind study period. We collected 314 fecal samples from the patients at screening, every 4 weeks during treatment, and 8 weeks after the blinded or open-label FMT therapy. We also collected 160 large-bowel biopsy samples from the patients at study entry, at completion of 8 weeks of blinded therapy, and at the end of open-label FMT, if applicable. We analyzed 105 fecal samples from the 14 individual donors (n = 55), who in turn contributed to 21 multidonor batches (n = 50). Bacteria in colonic and fecal samples were analyzed by both 16S ribosomal RNA gene and transcript amplicon sequencing; 285 fecal samples were analyzed by shotgun metagenomics, and 60 fecal samples were analyzed for metabolome features.FMT increased microbial diversity and altered composition, based on analyses of colon and fecal samples collected before vs after FMT. Diversity was greater in fecal and colon samples collected before and after FMT treatment from patients who achieved remission compared with patients who did not. Patients in remission after FMT had enrichment of Eubacterium hallii and Roseburia inulivorans compared with patients who did not achieve remission after FMT and had increased levels of short-chain fatty acid biosynthesis and secondary bile acids. Patients who did not achieve remission had enrichment of Fusobacterium gonidiaformans, Sutterella wadsworthensis, and Escherichia species and increased levels of heme and lipopolysaccharide biosynthesis. Bacteroides in donor stool were associated with remission in patients receiving FMT, and Streptococcus species in donor stool was associated with no response to FMT.In an analysis of fecal and colonic mucosa samples from patients receiving FMT for active UC and stool samples from donors, we associated specific bacteria and metabolic pathways with induction of remission. These findings may be of value in the design of microbe-based therapies for UC. ClinicalTrials.gov, Number NCT01896635.

Recent studies strongly indicate that aberrations in the control of gene expression might contribute to the initiation and progression of Alzheimer's disease (AD). In particular, alternative splicing has been suggested to play a role in spontaneous cases of AD. Previous transcriptome profiling of AD models and patient samples using microarrays delivered conflicting results. This study provides, for the first time, transcriptomic analysis for distinct regions of the AD brain using RNA-Seq next-generation sequencing technology. Illumina RNA-Seq analysis was used to survey transcriptome profiles from total brain, frontal and temporal lobe of healthy and AD post-mortem tissue. We quantified gene expression levels, splicing isoforms and alternative transcript start sites. Gene Ontology term enrichment analysis revealed an overrepresentation of genes associated with a neuron's cytological structure and synapse function in AD brain samples. Analysis of the temporal lobe with the Cufflinks tool revealed that transcriptional isoforms of the apolipoprotein E gene, APOE-001, -002 and -005, are under the control of different promoters in normal and AD brain tissue. We also observed differing expression levels of APOE-001 and -002 splice variants in the AD temporal lobe. Our results indicate that alternative splicing and promoter usage of the APOE gene in AD brain tissue might reflect the progression of neurodegeneration.

The koala, the only extant species of the marsupial family Phascolarctidae, is classified as 'vulnerable' due to habitat loss and widespread disease. We sequenced the koala genome, producing a complete and contiguous marsupial reference genome, including centromeres. We reveal that the koala's ability to detoxify eucalypt foliage may be due to expansions within a cytochrome P450 gene family, and its ability to smell, taste and moderate ingestion of plant secondary metabolites may be due to expansions in the vomeronasal and taste receptors. We characterized novel lactation proteins that protect young in the pouch and annotated immune genes important for response to chlamydial disease. Historical demography showed a substantial population crash coincident with the decline of Australian megafauna, while contemporary populations had biogeographic boundaries and increased inbreeding in populations affected by historic translocations. We identified genetically diverse populations that require habitat corridors and instituting of translocation programs to aid the koala's survival in the wild.

ABSTRACT Significant recent advances in structural biology, particularly in the field of cryo-electron microscopy, have dramatically expanded our ability to create structural models of proteins and protein complexes. However, many proteins remain refractory to these approaches because of their low abundance, low stability or – in the case of complexes – simply not having yet been analysed. Here, we demonstrate the power of combining cross-linking mass spectrometry (XL-MS) with artificial intelligence-based structure prediction to discover and experimentally substantiate models for protein and protein complex structures at proteome scale. We present the deepest XL-MS dataset to date, describing 28,910 unique residue pairs captured across 4,084 unique human proteins and 2,110 unique protein-protein interactions. We show that integrative models of complexes driven by AlphaFold Multimer and inspired and corroborated by the XL-MS data offer new opportunities to deeply mine the structural proteome and interactome and reveal new mechanisms underlying protein structure and function.

Abstract In constructing Gene Regulatory Networks (GRNs), it is crucial to consider cellular heterogeneity and differential gene regulatory modules. However, traditional methods have predominantly focused on cellular heterogeneity, approaching the subject from a relatively narrow scope. We present HyperG-VAE, a Bayesian deep generative model that utilizes a hypergraph to model single-cell RNA sequencing (scRNA-seq) data. HyperG-VAE employs a cell encoder with a Structural Equation Model to address cellular heterogeneity and build GRNs, alongside a gene encoder using hypergraph self-attention to identify gene modules. Encoders are synergistically optimized by a decoder, enabling HyperG-VAE to excel in GRN inference, single-cell clustering, and data visualization, evidenced by benchmarks. Additionally, HyperG-VAE effectively reveals gene regulation patterns and shows robustness in varied downstream analyses, demonstrated using B cell development data in bone marrow. The interplay of encoders by the overlapping genes between predicted GRNs and gene modules is further validated by gene set enrichment analysis, underscoring that the gene encoder boosts the GRN inference. HyperG-VAE proves efficient in scRNA-seq data analysis and GRN inference.

A new fungal species, Penicillium psychrofluorescens sp. nov. is described as a member of section Torulomyces. The new species is sister to P. catalonicum, and was isolated from soil collected from Robinson Ridge, East Antarctica, following enrichment cultivation under oligotrophic conditions supplemented with excess hydrogen gas. Penicillium psychrofluorescens is named for its intense autofluorescence derived from a combination of compounds that may include NADPH, porphyrins, and secondary metabolites, such as polyketides. Comparative genomics with both Antarctic and mesophilic Penicillium spp. shows that Penicillium psychrofluorescens has a wide repertoire of glycoside hydrolases, but almost no polysaccharide lyases, has comparably large effector proteins, lacks the machinery to use nitrate as an N-source, but has the genes for the assimilation of phosphorus from phosphonates via oxidative pathway. The strain was found to have 30 biosynthetic gene clusters (BGCs), the majority of which were unrelated to known compound BGCs. Given the remarkable diversity of natural products already characterised from Penicillium spp. and the presence of >30 BGCs with low similarity to known genes, there is biotechnological potential within this novel species that is yet to be explored.

During the 1960s, small quantities of radioactive materials were co-disposed with chemical waste at the Little Forest Legacy Site (LFLS, Sydney, Australia). The microbial function and population dynamics during a rainfall event using shotgun metagenomics has been previously investigated. This revealed a broad abundance of candidate and potentially undescribed taxa in this iron-rich, radionuclide-contaminated environment.Here, applying genome-based metagenomic methods, we recovered 37 refined archaeal bins (≥50% completeness, ≤10% redundancy) from 10 different major lineages. They were, for the most part, included in 4 proposed lineages within the DPANN supergroup (LFWA-I to IV) and Methanoperedenaceae .The new Methanoperedens spp. bins, together with previously published data, suggests a potentially widespread ability to use nitrate (or nitrite) and metal ions as electron acceptors during the anaerobic oxidation of methane by Methanoperedens spp.While most of the new DPANN lineages show reduced genomes with limited central metabolism typical of other DPANN, the candidate species from the proposed LFWA-III lineage show some unusual features not often present in DPANN genomes, i.e. a more comprehensive central metabolism and anabolic capabilities. While there is still some uncertainty about the capabilities of LFW-121_3 and closely related archaea for the biosynthesis of nucleotides de novo and amino acids, it is to date the most promising candidate to be a bona fide free-living DPANN archaeon.

The human transcriptome consists of various RNA biotypes including multiple types of non-coding RNAs (ncRNAs). Current ncRNA compendia remain incomplete partially because they are almost exclusively derived from the interrogation of small- and polyadenylated RNAs. Here, we present a more comprehensive atlas of the human transcriptome that is derived from matching polyA-, total-, and small-RNA profiles of a heterogeneous collection of nearly 300 human tissues and cell lines. We report on thousands of novel RNA species across all major RNA biotypes, including a hitherto poorly-cataloged class of non-polyadenylated single-exon long non-coding RNAs. In addition, we exploit intron abundance estimates from total RNA-sequencing to test and verify functional regulation by novel non-coding RNAs. Our study represents a substantial expansion of the current catalogue of human ncRNAs and their regulatory interactions. All data, analyses, and results are available in the R2 web portal and serve as a basis to further explore RNA biology and function.