Here we have used a systems biology approach to study innate and adaptive responses to vaccination against influenza in humans during three consecutive influenza seasons. We studied healthy adults vaccinated with trivalent inactivated influenza vaccine (TIV) or live attenuated influenza vaccine (LAIV). TIV induced higher antibody titers and more plasmablasts than LAIV did. In subjects vaccinated with TIV, early molecular signatures correlated with and could be used to accurately predict later antibody titers in two independent trials. Notably, expression of the kinase CaMKIV at day 3 was inversely correlated with later antibody titers. Vaccination of CaMKIV-deficient mice with TIV induced enhanced antigen-specific antibody titers, which demonstrated an unappreciated role for CaMKIV in the regulation of antibody responses. Thus, systems approaches can be used to predict immunogenicity and provide new mechanistic insights about vaccines.

We have previously shown that broadly neutralizing antibodies reactive to the conserved stem region of the influenza virus hemagglutinin (HA) were generated in people infected with the 2009 pandemic H1N1 strain. Such antibodies are rarely seen in humans following infection or vaccination with seasonal influenza virus strains. However, the important question remained whether the inactivated 2009 pandemic H1N1 vaccine, like the infection, could also induce these broadly neutralizing antibodies. To address this question, we analyzed B-cell responses in 24 healthy adults immunized with the pandemic vaccine in 2009. In all cases, we found a rapid, predominantly IgG-producing vaccine-specific plasmablast response. Strikingly, the majority (25 of 28) of HA-specific monoclonal antibodies generated from the vaccine-specific plasmablasts neutralized more than one influenza strain and exhibited high levels of somatic hypermutation, suggesting they were derived from recall of B-cell memory. Indeed, memory B cells that recognized the 2009 pandemic H1N1 HA were detectable before vaccination not only in this cohort but also in samples obtained before the emergence of the pandemic strain. Three antibodies demonstrated extremely broad cross-reactivity and were found to bind the HA stem. Furthermore, one stem-reactive antibody recognized not only H1 and H5, but also H3 influenza viruses. This exceptional cross-reactivity indicates that antibodies capable of neutralizing most influenza subtypes might indeed be elicited by vaccination. The challenge now is to improve upon this result and design influenza vaccines that can elicit these broadly cross-reactive antibodies at sufficiently high levels to provide heterosubtypic protection.

Abstract The surge of patients in the pandemic of COVID‐19 caused by the novel coronavirus SARS‐CoV‐2 may overwhelm the medical systems of many countries. Mask‐wearing and handwashing can slow the spread of the virus, but currently, masks are in shortage in many countries, and timely handwashing is often impossible. In this study, the efficacy of three types of masks and instant hand wiping was evaluated using the avian influenza virus to mock the coronavirus. Virus quantification was performed using real‐time reverse transcription‐polymerase chain reaction. Previous studies on mask‐wearing were reviewed. The results showed that instant hand wiping using a wet towel soaked in water containing 1.00% soap powder, 0.05% active chlorine, or 0.25% active chlorine from sodium hypochlorite removed 98.36%, 96.62%, and 99.98% of the virus from hands, respectively. N95 masks, medical masks, and homemade masks made of four‐layer kitchen paper and one‐layer cloth could block 99.98%, 97.14%, and 95.15% of the virus in aerosols. Medical mask‐wearing which was supported by many studies was opposed by other studies possibly due to erroneous judgment. With these data, we propose the approach of mask‐wearing plus instant hand hygiene (MIH) to slow the exponential spread of the virus. This MIH approach has been supported by the experiences of seven countries in fighting against COVID‐19. Collectively, a simple approach to slow the exponential spread of SARS‐CoV‐2 was proposed with the support of experiments, literature review, and control experiences.

Abstract Hybridization capture is considered very cost- and time-effective method for enriching a massive amount of target loci distributed separately in a whole genome. However, divergent loci are difficult to enrich for the sequence mismatch between probes and target DNA. After analysis the distributional pattern of divergent loci in mitochondrial genomes (mitogenomes), we notice that the relatively variable regions are intercept by the relatively conservative regions. We propose to extend the length of library to overcome the problem. By using a home-made probe set to bait amphibian mitogeneomes DNA, we demonstrate that using 2 kb DNA libraries generate high sequence coverage in the highly variable regions than using 400 bp DNA libraries. These suggest that longer fragments in the library generally contain both relatively variable regions and relatively conservative regions. The divergent part DNA along with conservative part DNA is captured during hybridization. We present a protocol that allows users to overcome the gap problem for highly divergent gene capture.

Abstract The process of dog domestication leads to dramatic differences in behavioral traits compared to grey wolves. A class of putative positively selected genes is related to learning and memory, for instance, long-term potentiation and long-term depression. In this study, we constructed a single-nuclei transcriptomic atlas of the dog hippocampus to illustrate its cell types, cell lineage, and molecular features. Using the transcriptomes of 105,057 single-nuclei from the hippocampus of a Beagle dog, we identified 26 cell clusters and a putative trajectory of oligodendrocyte development. Comparative analysis revealed a significant convergence between dog differentially expressed genes (DEGs) and putative positively selected genes (PSGs). 40 putative PSGs were DEGs in the glutamatergic neurons, especially in the cluster 14, which is related to the regulation of nervous system development. In summary, this study provided a blueprint to understand the cellular mechanism of dog domestication.

Abstract Background Porcine epidemic diarrhea virus (PEDV) is a highly contagious coronavirus that causes severe diarrhea and death in neonatal piglets, which has brought huge economic losses to the pork industry worldwide since its first discovery in the early 1970s in Europe. Passive immunization with neutralizing antibodies against PEDV is an effective prevention measure. To date, there are no effective therapeutic drugs to treat the PEDV infection. Results We conducted a screening of specific nanobodies against the S1 protein from a phage display library obtained from immunized alpacas. Through competitive binding to antigenic epitopes, we selected instead of chose nanobodies with high affinity and constructed a multivalent tandem. These nanobodies were shown to inhibit PEDV infectivity by the neutralization assay. The antiviral capacity of nanobody was found to display a dose-dependent pattern, as demonstrated by IFA, TCID 50 , and qRT-PCR analyses. Notably, biparatopic nanobody SF-B exhibited superior antiviral activity. Nanobodies exhibited low cytotoxicity and high stability even under harsh temperature and pH conditions, demonstrating their potential practical applicability to animals. Conclusions Nanobodies exhibit remarkable biological properties and antiviral effects, rendering them a promising candidate for the development of anti-PEDV drugs.

Abstract Intensive breeding of dogs has had dramatic effects on genetic variants underlying phenotypes. To investigate whether this also affected mutation rates, we deep-sequenced pedigrees from 43 different dog breeds representing 404 trios. We find that the mutation rate is remarkably stable across breeds and is predominantly influenced by variation in parental ages. The effect of paternal age per year on mutation rates is approximately 1.5 times greater in dogs than humans, suggesting that the elevated yearly mutation rate in dogs is only partially attributed to earlier reproduction. While there is no significant effect of breeds on the overall mutation rate, larger breeds accumulate proportionally more mutations earlier in development than small breeds. Interestingly, we find a 2.6 times greater mutation rate in CG Islands (CGIs) compared to the remaining genome in dogs, unlike humans, where there is no difference. Our estimated rate of mutation by recombination in dogs is more than 10 times larger than estimates in humans. We ascribe these to the fact that canids have lost PRDM9-directed recombination and draw away recombination from CGIs. In conclusion, our study sheds light on stability of mutation processes and disparities in mutation accumulation rates reflecting the influence of differences in growth patterns among breeds, and the impact of PRDM9 gene loss on the de novo mutations of canids.