SUMMARY The El Tor biotype of Vibrio cholerae is responsible for perpetuating the longest cholera pandemic in recorded history (1961-current). The genomic islands VSP-1 and -2 are two understudied genetic features that distinguish El Tor from previous pandemics. To understand their utility, we calculated the co-occurrence of VSP genes across bacterial genomes. This analysis predicted the previously uncharacterized vc0175 , herein renamed d eoxycytidylate d eaminase V ibrio ( dcdV ), is in a gene network with dncV , a cyclic GMP-AMP synthase involved in phage defense. DcdV consists of two domains, a P-loop kinase and a deoxycytidylate deaminase, that are required for the deamination of dCTP and dCMP, inhibiting phage predation by corrupting cellular nucleotide concentrations. Additionally, DcdV is post-translationally inhibited by a unique noncoding RNA encoded 5’ of the dcdV locus. DcdV homologs are conserved in bacteria and eukaryotes and our results identify V. cholerae DcdV as the founding member of a previously undescribed bacterial phage defense system.

Cholera is a severe diarrheal disease that claims approximately 30,500 lives annually, mainly in regions with limited access to clean water. Vibrio cholerae, the causative agent, has sparked seven pandemics in recent centuries, with the current one being the most prolonged. V. cholerae pathogenesis hinges on its ability to switch between low and high cell density gene regulatory states, enabling transmission between host and the environment. Previous researchers created a transposon mutant library for V. cholerae to support investigations aimed toward uncovering the genetic determinants of its pathogenesis. However, subsequent sequencing uncovered a mutation in the gene luxO of the parent strain, rendering mutants unable to exhibit high cell density behaviors. In this study, we used chitin-independent natural transformation to move transposon insertions from these low cell density mutants into a wildtype genomic background. Library transfer was aided by a novel gDNA extraction we developed using thymol, which also showed marked vibrio-specific activity. The resulting Grant Library comprises 3,102 unique transposon mutants, covering 79.8% of V. cholerae9s open reading frames. Whole genome sequencing of randomly selected mutants demonstrates 100% precision in transposon transfer to cognate genomic positions of the recipient strain. Notably, luxO mutations transferred at a low frequency only with insertions near luxO. Our research uncovered density-dependent epistasis in motility genes, relevant to V. cholerae pathogenesis. Additionally, Grant Library mutants retain a plasmid conferring natural competence, enabling rapid, scarless genomic editing. In summary, the Grant Library reintroduces organismal relevant genetic contexts absent in the low cell density locked library equivalent.

A core regulatory pathway that directs developmental transitions and cellular asymmetries in Agrobacterium tumefaciens involves two overlapping, integrated phosphorelays. One of these phosphorelays putatively includes four histidine sensor kinase homologues, DivJ, PleC, PdhS1, and PdhS2, and two response regulators, DivK and PleD. In several different alphaproteobacteria, this pathway influences a conserved downstream phosphorelay that ultimately controls the phosphorylation state of the CtrA master response regulator. The PdhS2 sensor kinase reciprocally regulates biofilm formation and swimming motility. In the current study the mechanisms by which the A. tumefaciens sensor kinase PdhS2 directs this regulation are delineated. PdhS2 lacking a key residue for phosphatase activity is markedly deficient in proper control of attachment and motility phenotypes, whereas a kinase-deficient PdhS2 mutant is only modestly affected. A genetic interaction between DivK and PdhS2 is revealed, unmasking one of several connections between PdhS2-dependent phenotypes and transcriptional control by CtrA. Epistasis experiments suggest that PdhS2 can function independently of the CckA sensor kinase, the cognate sensor kinase for CtrA which is inhibited by DivK. PdhS2 dynamically localizes to the daughter cell pole in dividing cells. Global expression analysis of the pdhS2 mutant reveals a restricted regulon, functioning through CtrA to separately control motility and regulate levels of the intracellular signal cyclic diguanylate monophosphate (cdGMP), thereby affecting production of adhesive polysaccharides and attachment. We hypothesize that in A. tumefaciens the CtrA regulatory circuit has expanded to include additional inputs through addition of PdhS-type sensor kinases, likely fine-tuning the response of this organism to the soil microenvironment.

ABSTRACT A major challenge for understanding and treating Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS) is that most patients have no known genetic cause. Even within defined genetic subtypes, patients display considerable clinical heterogeneity. It is unclear how to identify subsets of ALS patients that share common molecular dysregulation or could respond similarly to treatment. Here, we developed a scalable microscopy and machine learning platform to phenotypically subtype readily available, primary patient-derived fibroblasts. Application of our platform identified robust signatures for the genetic subtype FUS-ALS, allowing cell lines to be scored along a spectrum from FUS-ALS to non-ALS. Our FUS-ALS phenotypic score negatively correlates with age of diagnosis and provides information that is distinct from transcript profiling. Interestingly, the FUS-ALS phenotypic score can be used to identify sporadic patient fibroblasts that have consistent pathway dysregulation with FUS-ALS. Further, we showcase how the score can be used to evaluate the effects of ASO treatment on patient fibroblasts. Our platform provides an approach to move from genetic to phenotypic subtyping and a first step towards rational selection of patient subpopulations for targeted therapies.