Abstract Besides genome editing, CRISPR-Cas12a has recently been used for DNA detection applications with attomolar sensitivity but, to our knowledge, it has not been used for the detection of small molecules. Bacterial allosteric transcription factors (aTFs) have evolved to sense and respond sensitively to a variety of small molecules to benefit bacterial survival. By combining the single-stranded DNA cleavage ability of CRISPR-Cas12a and the competitive binding activities of aTFs for small molecules and double-stranded DNA, here we develop a simple, supersensitive, fast and high-throughput platform for the detection of small molecules, designated CaT-SMelor ( C RISPR-Cas12a- and aT F-mediated s mall m ol e cu l e detect or ). CaT-SMelor is successfully evaluated by detecting nanomolar levels of various small molecules, including uric acid and p -hydroxybenzoic acid among their structurally similar analogues. We also demonstrate that our CaT-SMelor directly measured the uric acid concentration in clinical human blood samples, indicating a great potential of CaT-SMelor in the detection of small molecules.

Abstract Maximizing the personal, public, research, and clinical value of genomic information will require that clinicians, researchers, and testing laboratories exchange genetic variation data reliably. Developed by a partnership among national information resource providers, public initiatives, and diagnostic testing laboratories under the auspices of the Global Alliance for Genomics and Health (GA4GH), the Variation Representation Specification (VRS, pronounced “verse”) is an extensible framework for the semantically precise and computable representation of variation that complements contemporary human-readable and flat file standards for variation representation. VRS objects are designed to be semantically precise representations of variation, and leverage this design to enable unique, federated identification of molecular variation. We describe the components of this framework, including the terminology and information model, schema, data sharing conventions, and a reference implementation, each of which is intended to be broadly useful and freely available for community use. The specification, documentation, examples, and community links are available at https://vrs.ga4gh.org/ .

Abstract Clinical use of antimicrobials faces great challenges from the emergence of multidrug resistant (MDR) pathogens. The overexpression of drug efflux pumps is one of the major contributors to MDR. It is considered as a promising approach to overcome MDR by reversing the function of drug efflux pumps. In the life-threatening fungal pathogen Candida albicans , the major facilitator superfamily (MFS) transporter Mdr1p can excrete many structurally unrelated antifungals, leading to multidrug resistance. Here we report a counterintuitive case of reversing multidrug resistance in C. albicans by using a natural product berberine to hijack the overexpressed Mdr1p for its own importation. Moreover, we illustrate that the imported berberine accumulates in mitochondria, and compromises the mitochondrial function by impairing mitochondrial membrane potential and mitochondrial Complex I. It results in the selective elimination of Mdr1p overexpressed C. albicans cells. Furthermore, we show that berberine treatment can prolong the mean survival time (MST) of mice with a blood-borne dissemination of Mdr1p overexpressed multidrug resistant candidiasis. This study provided a potential direction of novel anti-MDR drug discovery by screening for multidrug efflux pump converters.

Directly cloning of biosynthetic gene clusters (BGCs) from microbial genomes has been revolutionizing the natural product-based drug discovery. However, it is still very challenging to efficiently clone, for example, large (> 80kb) and GC-rich (> 70%), streptomycete originating BGCs. In this study, we developed a simple, fast yet efficient and low-cost in vitro platform for direct cloning large BGCs from streptomycete genomic DNA, named as CAT-FISHING (CRISPR/Cas12a- and Agarose plug-based sysTem for Fast bIoSyntHetIc geNe cluster cloninG), by combining the advantages of CRISPR/Cas12a cleavage and bacterial artificial chromosome (BAC) library construction. CAT-FISHING was demonstrated by directly cloning large DNA fragments ranging from 47 to 139 kb with GC content of > 70% from the S. albus J1074 genome in a relatively efficient manner. Moreover, surugamides, encoded by a captured 87-kb BGC with GC content of 76%, was heterologously expressed in a Streptomyces chassis. These results indicate that CAT-FISHING is a powerful platform for BGCs batch cloning, which would be greatly beneficial to the natural products-based drug discovery. We believe that this system will lead a renaissance of interest in microorganisms as a source for drug development.

Abstract A personalized approach based on a patient’s or pathogen’s unique genomic sequence is the foundation of precision medicine. Genomic findings must be robust and reproducible, and experimental data capture should adhere to FAIR guiding principles. Moreover, effective precision medicine requires standardized reporting that extends beyond wet lab procedures to computational methods. The BioCompute framework ( https://osf.io/zm97b/ ) enables standardized reporting of genomic sequence data provenance, including provenance domain, usability domain, execution domain, verification kit, and error domain. This framework facilitates communication and promotes interoperability. Bioinformatics computation instances that employ the BioCompute framework are easily relayed, repeated if needed and compared by scientists, regulators, test developers, and clinicians. Easing the burden of performing the aforementioned tasks greatly extends the range of practical application. Large clinical trials, precision medicine, and regulatory submissions require a set of agreed upon standards that ensures efficient communication and documentation of genomic analyses. The BioCompute paradigm and the resulting BioCompute Objects (BCO) offer that standard, and are freely accessible as a GitHub organization ( https://github.com/biocompute-objects ) following the “Open-Stand.org principles for collaborative open standards development”. By communication of high-throughput sequencing studies using a BCO, regulatory agencies (e.g., FDA), diagnostic test developers, researchers, and clinicians can expand collaboration to drive innovation in precision medicine, potentially decreasing the time and cost associated with next generation sequencing workflow exchange, reporting, and regulatory reviews.