Parasitic nematodes (roundworms) and platyhelminths (flatworms) cause debilitating chronic infections of humans and animals, decimate crop production and are a major impediment to socioeconomic development. Here we report a broad comparative study of 81 genomes of parasitic and non-parasitic worms. We have identified gene family births and hundreds of expanded gene families at key nodes in the phylogeny that are relevant to parasitism. Examples include gene families that modulate host immune responses, enable parasite migration though host tissues or allow the parasite to feed. We reveal extensive lineage-specific differences in core metabolism and protein families historically targeted for drug development. From an in silico screen, we have identified and prioritized new potential drug targets and compounds for testing. This comparative genomics resource provides a much-needed boost for the research community to understand and combat parasitic worms. Comparative study of 81 genomes of parasitic and non-parasitic worms identifies gene family births and expanded gene families at key nodes in the phylogeny that are relevant to parasitism and proteins historically targeted for drug development.

Abstract Mass treatment with praziquantel (PZQ) monotherapy is the mainstay for schistosomiasis treatment. This drug shows imperfect cure rates in the field and parasites showing reduced PZQ response can be selected in the laboratory, but the extent of resistance in Schistosoma mansoni populations is unknown. We examined the genetic basis of variation in PZQ response in a S. mansoni population (SmLE-PZQ-R) selected with PZQ in the laboratory: 35% of these worms survive high dose (73 µg/mL) PZQ treatment. We used genome wide association to map loci underlying PZQ response. The major chr. 3 peak contains a transient receptor potential ( Sm.TRPM PZQ ) channel (Smp_246790), activated by nanomolar concentrations of PZQ. PZQ response shows recessive inheritance and marker-assisted selection of parasites at a single Sm.TRPM PZQ SNP enriched populations of PZQ-resistant (PZQ-ER) and sensitive (PZQ-ES) parasites showing >377 fold difference in PZQ response. The PZQ-ER parasites survived treatment in rodents better than PZQ-ES. Resistant parasites show 2.25-fold lower expression of Sm.TRPM PZQ than sensitive parasites. Specific chemical blockers of Sm.TRPM PZQ enhanced PZQ resistance, while Sm.TRPM PZQ activators increased sensitivity. A single SNP in Sm.TRPM PZQ differentiated PZQ-ER and PZQ-ES lines, but mutagenesis showed this was not involved in PZQ-response, suggesting linked regulatory changes. We surveyed Sm.TRPM PZQ sequence variation in 259 parasites from the New and Old World revealing one nonsense mutation that results in a truncated protein with no PZQ-binding site. Our results demonstrate that Sm.TRPM PZQ underlies variation in PZQ response in S. mansoni and provides an approach for monitoring emerging PZQ-resistance alleles in schistosome elimination programs. One Sentence Summary A transient receptor potential channel determines variation in praziquantel-response in Schistosoma mansoni .

Abstract Populations within schistosomiasis control areas, especially those in Africa, are recommended to receive regular mass drug administration (MDA) with praziquantel (PZQ) as the main strategy for controlling the disease. The impact of PZQ treatment on schistosome genetics remains poorly understood, and is limited by a lack of high-resolution genetic data on the population structure of parasites within these control areas. We generated whole-genome sequence data from 174 individual miracidia collected from both children and adults from fishing communities on islands in Lake Victoria in Uganda that had received either annual or quarterly MDA with PZQ over four years, including samples collected immediately before and four weeks after treatment. Genome variation within and between samples was characterised and we investigated genomic signatures of natural selection acting on these populations that could be due to PZQ treatment. The parasite population on these islands was more diverse than found in nearby villages on the lake shore. We saw little or no genetic differentiation between villages, or between the groups of villages with different treatment intensity, but slightly higher genetic diversity within the pre-treatment compared to post-treatment parasite populations. We identified classes of genes significantly enriched within regions of the genome with evidence of recent positive selection among post-treatment and intensively treated parasite populations. The differential selection observed in post-treatment and pre-treatment parasite populations could be linked to any reduced susceptibility of parasites to praziquantel treatment. Author summary Schistosomiasis is caused by parasitic helminths of the genus Schistosoma . Schistosoma mansoni is the primary cause of intestinal schistosomiasis, a devastating and widespread parasitic infection that causes morbidity, death and socio-economic impact on endemic communities across the world and especially sub-Saharan Africa. Using whole-genome sequencing, we were able to elucidate the parasite population within Lake Victoria island fishing communities in Uganda which are among the major hotspots for schistosomiasis. We further assessed genetic markers that might be linked to recent observations concerning reduced susceptibility to praziquantel, the major drug used in the treatment of this disease. Whole-genome data on the population genetics of S. mansoni in an African setting will provide a strong basis for future functional genomics or transcriptomic studies that will be key to identifying drug targets, improving existing drugs or developing new therapeutic interventions.

Abstract Schistosoma mansoni, a snail-vectored, blood fluke that infects humans, was introduced into the Americas from Africa during the Trans-Atlantic slave trade. As this parasite shows strong specificity to the snail intermediate host, we expected that adaptation to S. American Biomphalaria spp. snails would result in population bottlenecks and strong signatures of selection. We scored 475,081 single nucleotide variants (SNVs) in 143 S. mansoni from the Americas (Brazil, Guadeloupe, and Puerto Rico) and Africa (Cameroon, Niger, Senegal, Tanzania, and Uganda), and used these data to ask: (i) Was there a population bottleneck during colonization? (ii) Can we identify signatures of selection associated with colonization? And (iii) what were the source populations for colonizing parasites? We found a 2.4-2.9-fold reduction in diversity and much slower decay in linkage disequilibrium (LD) in parasites from East to West Africa. However, we observed similar nuclear diversity and LD in West Africa and Brazil, suggesting no strong bottlenecks and limited barriers to colonization. We identified five genome regions showing selection in the Americas, compared with three in West Africa and none in East Africa, which we speculate may reflect adaptation during colonization. Finally, we infer that unsampled African populations from central African regions between Benin and Angola, with contributions from Niger, are likely the major source(s) for Brazilian S. mansoni . The absence of a bottleneck suggests that this is a rare case of a serendipitous invasion, where S. mansoni parasites were preadapted to the Americas and were able to establish with relative ease.

The human parasitic fluke,

ABSTRACT Proteases are multi-functional proteolytic enzymes that have complex roles in human health and disease. Therefore, the development of protease biosensors can be beneficial to global health applications. To this end, we developed Advanced proteoLytic detector PolyHydroxyAlkanoates (AL-PHA) beads – a library of over 20 low-cost, biodegradable, bioplastic-based protease biosensors. Broadly, these biosensors utilise PhaC-reporter fusion proteins that are bound to microbially manufactured polyhydroxyalkanoate beads. In the presence of a specific protease, superfolder green fluorescent reporter proteins are cleaved from the AL-PHA beads - resulting in a loss of bead fluorescence. The Tobacco Etch Virus (TEV) AL-PHA biosensor detected the proteolytic activity of at least 1.85 pM of AcTEV. AL-PHA beads were also engineered to detect cercarial elastase from Schistosoma mansoni -derived cercarial transformation fluid (SmCTF) samples, as well as cancer-associated metalloproteinases in extracellular vesicle and cell-conditioned media samples. We envision that AL-PHA beads could be further developed for use in resource-limited settings.

Introgression among parasite species has the potential to transfer traits of biomedical importance across species boundaries. The parasitic blood fluke Schistosoma haematobium causes urogenital schistosomiasis in humans across sub-Saharan Africa. Hybridization with other schistosome species is assumed to occur commonly, because genetic crosses between S. haematobium and livestock schistosomes, including S. bovis, can be staged in the laboratory, and sequencing of mtDNA and rDNA amplified from microscopic miracidia larvae frequently reveals markers from different species. However the frequency, direction, age and genomic consequences of hybridization are unknown. We hatched miracidia from eggs, and sequenced the exomes from 96 individual S. haematobium miracidia from infected patients from Niger and the Zanzibar archipelago. These data revealed no evidence for contemporary hybridization between S. bovis and S. haematobium in our samples. However, all Nigerien S . haematobium genomes sampled show hybrid ancestry, with 3.3-8.2% of their nuclear genomes derived from S. bovis , providing evidence of an ancient, introgression event that occurred at least 108-613 generations ago. Some S. bovis derived alleles have spread to high frequency or reached fixation and show strong signatures of directional selection; the strongest signal spans a single gene in the invadolysin gene family (Chr. 4). Our results suggest that S. bovis / S. haematobium hybridization occurs rarely, but demonstrate profound consequences of ancient introgression from a livestock parasite into the genome of S. haematobium , the most prevalent schistosome species infecting humans.