Lactobacilli are a diverse group of species that occupy diverse nutrient-rich niches associated with humans, animals, plants and food. They are used widely in biotechnology and food preservation, and are being explored as therapeutics. Exploiting lactobacilli has been complicated by metabolic diversity, unclear species identity and uncertain relationships between them and other commercially important lactic acid bacteria. The capacity for biotransformations catalysed by lactobacilli is an untapped biotechnology resource. Here we report the genome sequences of 213 Lactobacillus strains and associated genera, and their encoded genetic catalogue for modifying carbohydrates and proteins. In addition, we describe broad and diverse presence of novel CRISPR-Cas immune systems in lactobacilli that may be exploited for genome editing. We rationalize the phylogenomic distribution of host interaction factors and bacteriocins that affect their natural and industrial environments, and mechanisms to withstand stress during technological processes. We present a robust phylogenomic framework of existing species and for classifying new species.

The widespread use of antibiotics in association with high-density clinical care has driven the emergence of drug-resistant bacteria that are adapted to thrive in hospitalized patients. Of particular concern are globally disseminated methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA) clones that cause outbreaks and epidemics associated with health care. The most rapidly spreading and tenacious health-care-associated clone in Europe currently is EMRSA-15, which was first detected in the UK in the early 1990s and subsequently spread throughout Europe and beyond. Using phylogenomic methods to analyze the genome sequences for 193 S. aureus isolates, we were able to show that the current pandemic population of EMRSA-15 descends from a health-care-associated MRSA epidemic that spread throughout England in the 1980s, which had itself previously emerged from a primarily community-associated methicillin-sensitive population. The emergence of fluoroquinolone resistance in this EMRSA-15 subclone in the English Midlands during the mid-1980s appears to have played a key role in triggering pandemic spread, and occurred shortly after the first clinical trials of this drug. Genome-based coalescence analysis estimated that the population of this subclone over the last 20 yr has grown four times faster than its progenitor. Using comparative genomic analysis we identified the molecular genetic basis of 99.8% of the antimicrobial resistance phenotypes of the isolates, highlighting the potential of pathogen genome sequencing as a diagnostic tool. We document the genetic changes associated with adaptation to the hospital environment and with increasing drug resistance over time, and how MRSA evolution likely has been influenced by country-specific drug use regimens.

An advanced spatial-unfolding technique capable of reconstructing the activity distribution within an exclusion zone from Compton gamma imager measurements taken outside of it is introduced. Although the method is generally applicable to extended sources, we demonstrate it here on a calibrated Cs-137 point source through Monte Carlo simulation studies as well as with measurements made using a Silicon Compton Telescope for Safety and Security (SCoTSS) gamma imager. For synthetic data the method accurately reconstructs the total activity contained within the mapped zone of interest, even when the size of the basis elements used to reconstruct the activity distribution is larger than the source itself. For experimental data, the method reliably located the source but underestimated its activity by up to 17%. This is accurate enough for real-world security applications. The underestimation is likely due to effects not yet included in the simulated response of the detector. The method has widespread applicability in the radiological/nuclear safety and security field, particularly for scenarios in which a threat material or contaminated area lies within a no-entry or no-fly zone.

The p53 family of transcription factors regulate numerous organismal processes including the development of skin and limbs, ciliogenesis, and preservation of genetic integrity and tumor suppression. p53 family members control these processes and gene expression networks through engagement with DNA sequences within gene regulatory elements. Whereas p53 binding to its cognate recognition sequence is strongly associated with transcriptional activation, p63 can mediate both activation and repression. How the DNA sequence of p63-bound gene regulatory elements is linked to these varied activities is not yet understood. Here, we use massively parallel reporter assays (MPRA) in a range of cellular and genetic contexts to investigate the influence of DNA sequence on p63-mediated transcription. Most regulatory elements with a p63 response element motif (p63RE) activate transcription, with those sites bound by p63 more frequently or adhering closer to canonical p53 family response element sequences driving higher transcriptional output. The most active regulatory elements are those also capable of binding p53. Elements uniquely bound by p63 have varied activity, with p63RE-mediated repression associated with lower overall GC content in flanking sequences. Comparison of activity across cell lines suggests differential activity of elements may be regulated by a combination of p63 abundance or context-specific cofactors. Finally, changes in p63 isoform expression dramatically alters regulatory element activity, primarily shifting inactive elements towards a strong p63-dependent activity. Our analysis of p63-bound gene regulatory elements provides new insight into how sequence, cellular context, and other transcription factors influence p63-dependent transcription. These studies provide a framework for understanding how p63 genomic binding locally regulates transcription. Additionally, these results can be extended to investigate the influence of sequence content, genomic context, chromatin structure on the interplay between p63 isoforms and p53 family paralogs.

Background: It has become increasingly apparent that establishing and maintaining a complex and diverse gut microbiome is fundamental to human health. There are growing efforts to identify methods that can modulate and influence the microbiome, especially in individuals who due to disease or circumstance have experienced a disruption in their native microbiome. Faecal microbial transplantation (FMT) is one method that restores diversity to the microbiome of an individual by introducing microbes from a healthy donor. FMT introduces a complete microbiome into the recipient, including the bacteriome, archaeome, mycome and virome. In this study we investigated whether transplanting an autochthonous faecal virome consisting primarily of bacteriophages could impact a bacteriome disrupted by antibiotic treatment (Faecal Virome Transplantation; FVT). Results: Following disruption of the bacteriome by penicillin and streptomycin, test mice (n=8) received a bacteria free, faecal transplant, while Control mice (n=8) received a heated and nuclease treated control. The bacteriomes (as determined via 16S rRNA sequencing) of mice that received an FVT, in which bacteriophages predominate, separated from those of the Control mice as determined by principle co-ordinate analysis (PCoA), and contained differentially abundant taxa that reshaped the bacteriome profile such that it more closely resembled that of the pre-treatment mice. Similarly, metagenomic sequencing of the virome confirmed that the bacteriophages present in the gut of treatment and Control mice differed over time in both abundance and diversity, with transplanted phages seen to colonise the FVT mice. Conclusions: An autochthonous virome transplant impacts on the bacteriome and virome of mice following antibiotic treatment. The virome, consisting mainly of bacteriophages, reshapes the bacteriome such that it more closely resembles the pre-antibiotic state. To date, faecal transplants have largely focussed on transferring living microbes, but given that bacteriophage are inert biological entities incapable of colonising in the absence of a sensitive host they could form a viable alternative that may have fewer safety implications and that could be delivered as a robust formulation.

Microbiomes are vast communities of microbes and viruses that populate all natural ecosystems. Viruses have been considered the most variable component of microbiomes, as supported by virome surveys and examples of high genomic mosaicism. However, recent evidence suggests that the human gut virome is remarkably stable compared to other environments. Here we investigate the origin, evolution, and epidemiology of crAssphage, a widespread human gut virus. Through a global collaboratory, we obtained DNA sequences of crAssphage from over one-third of the world's countries, and showed that its phylogeography is locally clustered within countries, cities, and individuals. We also found colinear crAssphage-like genomes in both Old-World and New-World primates, challenging genomic mosaicism and suggesting that the association of crAssphage with primates may be millions of years old. We conclude that crAssphage is a benign globetrotter virus that may have co-evolved with the human lineage and an integral part of the normal human gut virome.