TG
Timothy Ghaly
Author with expertise in Ecology and Evolution of Viruses in Ecosystems
Achievements
Open Access Advocate
Cited Author
Key Stats
Upvotes received:
0
Publications:
6
(100% Open Access)
Cited by:
18
h-index:
13
/
i10-index:
17
Reputation
Biology
< 1%
Chemistry
< 1%
Economics
< 1%
Show more
How is this calculated?
Publications
25

Virome composition in marine fish revealed by meta-transcriptomics

Jemma Geoghegan et al.May 8, 2020
Abstract Revealing the determinants of virome composition is central to placing disease emergence in a broader evolutionary context. Fish are the most species-rich group of vertebrates and so provide an ideal model system to study the factors that shape virome compositions and their evolution. We characterised the viromes of 19 wild-caught species of marine fish using total RNA sequencing (meta-transcriptomics) combined with analyses of sequence and protein structural homology to identify divergent viruses that often evade characterisation. From this, we identified 25 new vertebrate-associated viruses and a further 22 viruses likely associated with fish diet or their microbiomes. The vertebrate-associated viruses identified here included the first fish virus in the Matonaviridae (single-strand, negative-sense RNA virus). Other viruses fell within the Astroviridae, Picornaviridae, Arenaviridae, Reoviridae, Hepadnaviridae, Paramyxoviridae, Rhabdoviridae, Hantaviridae, Filoviridae and Flaviviridae and were sometimes phylogenetically distinct from known fish viruses. We also show how key metrics of virome composition – viral richness, abundance and diversity – can be analysed along with host ecological and biological factors as a means to understand virus ecology. Accordingly, these data suggest that that the vertebrate-associated viromes of the fish sampled here are predominantly shaped by the phylogenetic history (i.e. taxonomic order) of their hosts, along with several biological factors including water temperature, habitat depth, community diversity and swimming behaviour. No such correlations were found for viruses associated with porifera, molluscs, arthropods, fungi and algae, that are unlikely to replicate in fish hosts. Overall, these data indicate that fish harbour particularly large and complex viromes and the vast majority of fish viromes are undescribed.
25
Citation12
0
Save
1

Methods for the targeted sequencing and analysis of integrons and their gene cassettes from complex microbial communities

Timothy Ghaly et al.Sep 8, 2021
Abstract Integrons are bacterial genetic elements that can integrate mobile gene cassettes. They are mostly known for spreading antibiotic resistance cassettes among human pathogens. However, beyond clinical settings, gene cassettes encode an extraordinarily diverse range of functions important for bacterial adaptation. The recovery and sequencing of cassettes has promising applications, including: surveillance of clinically important genes, particularly antibiotic resistance determinants; investigating the functional diversity of integron-carrying bacteria; and novel enzyme discovery. Although gene cassettes can be directly recovered using PCR, there are no standardised methods for their amplification and, importantly, for validating sequences as genuine integron gene cassettes. Here, we present reproducible methods for the PCR amplification, sequence processing, and validation of gene cassette amplicons from complex communities. We describe two different PCR assays that either amplify cassettes together with integron integrases, or gene cassettes together within cassette arrays. We compare the use of Nanopore and Illumina sequencing, and present bioinformatic pipelines that filter sequences to ensure that they represent amplicons from genuine integrons. Using a diverse set of environmental DNAs, we show that our approach can consistently recover thousands of unique cassettes per sample and up to hundreds of different integron integrases. Recovered cassettes confer a wide range of functions, including antibiotic resistance, with as many as 300 resistance cassettes found in a single sample. In particular, we show that class 1 integrons appear to be collecting and concentrating antibiotic resistance genes out of the broader diversity of cassette functions. The methods described here can be applied to any environmental or clinical microbiome sample.
1
Citation4
0
Save
3

Plastic Leachate Exposure Drives Antibiotic Resistance and Virulence in Marine Bacterial Communities

Eric Vlaanderen et al.Feb 14, 2023
Abstract Plastic pollution is a serious global problem, with more than 12 million tonnes of plastic waste entering the oceans every year. Plastic debris can have considerable impacts on microbial community structure and functions in marine environments, and has been associated with an enrichment in pathogenic bacteria and antimicrobial resistance (AMR) genes. However, our understanding of these impacts is largely restricted to microbial assemblages on plastic surfaces. It is therefore unclear whether these effects are driven by the surface properties of plastics, providing an additional niche for certain microbes residing in biofilms, and/or chemicals leached from plastics, the effects of which could extend to surrounding planktonic bacteria. Here, we examine the effects of polyvinyl chloride (PVC) plastic leachate exposure on the relative abundance of genes associated with bacterial pathogenicity and AMR within a seawater microcosm community. We show that PVC leachate, in the absence of plastic surfaces, drives an enrichment in AMR and virulence genes. In particular, leachate exposure significantly enriches AMR genes that confer multidrug, aminoglycoside and peptide antibiotic resistance. Additionally, enrichment of genes involved in the extracellular secretion of virulence proteins was observed among pathogens of marine organisms. This study provides the first evidence that chemicals leached from plastic particles alone can enrich genes related to microbial pathogenesis within a bacterial community, expanding our knowledge of the environmental impacts of plastic pollution with potential consequences for human and ecosystem health.
3
Citation1
0
Save
5

Uncovering bacterial hosts of class 1 integrons in an urban coastal aquatic environment with a single-cell fusion-polymerase chain reaction technology

Qin Qi et al.Feb 9, 2023
Abstract Horizontal gene transfer (HGT) is a key driver of bacterial evolution via transmission of genetic materials across taxa. Class 1 integrons are genetic elements that correlate strongly with anthropogenic pollution and contribute to the spread of antimicrobial resistance (AMR) genes via HGT. Despite their significance to human health, there is a shortage of robust, culture-free surveillance technologies for identifying uncultivated environmental taxa that harbour class 1 integrons. We developed a modified version of epicPCR ( e mulsion, p aired i solation and c oncatenation p olymerase c hain r eaction) that links class 1 integrons amplified from single bacterial cells to taxonomic markers from the same cells in emulsified aqueous droplets. Using this single-cell genomic approach and Nanopore sequencing, we successfully assigned class 1 integron gene cassette arrays containing mostly AMR genes to their hosts in coastal water samples that were affected by pollution. Our work presents the first application of epicPCR for targeting variable, multi-gene loci of interest. We also identified the Rhizobacter genus as novel hosts of class 1 integrons. These findings establish epicPCR as a powerful tool for linking taxa to class 1 integrons in environmental bacterial communities and offer the potential to direct mitigation efforts towards hotspots of class 1 integron-mediated dissemination of AMR. Synopsis We present a novel single-cell genomic surveillance technology for identifying environmental bacterial hosts of a class of mobile genetic elements that are linked to anthropogenic pollution and contribute to the dissemination of antimicrobial resistance.
1

Stratified microbial communities in Australia’s only anchialine cave are taxonomically novel and drive chemotrophic energy production via coupled nitrogen-sulphur cycling

Timothy Ghaly et al.Apr 3, 2023
Abstract Background Anchialine environments, in which oceanic water mixes with freshwater in coastal aquifers, are characterised by stratified water columns with complex physicochemical profiles. These environments, also known as subterranean estuaries, support an abundance of endemic macro and microorganisms. There is now growing interest in characterising the metabolisms of anchialine microbial communities, which is essential for understanding how complex ecosystems are supported in extreme environments, and assessing their vulnerability to environmental change. However, the diversity of metabolic strategies that are utilised in anchialine ecosystems remains poorly understood. Results Here, we employ shotgun metagenomics to elucidate the key microorganisms and their dominant metabolisms along a physicochemical profile in Bundera Sinkhole, the only known continental subterranean estuary in the Southern Hemisphere. Genome-resolved metagenomics suggests that the communities are largely represented by novel taxonomic lineages, with 75% of metagenome-assembled genomes assigned to entirely new or uncharacterised families. These diverse and novel taxa displayed depth-dependent metabolisms, reflecting distinct phases along dissolved oxygen and salinity gradients. In particular, the communities appear to drive nutrient feedback loops involving nitrification, nitrate ammonification, and sulphate cycling. Genomic analysis of the most highly abundant members in this system suggests that an important source of chemotrophic energy is generated via the metabolic coupling of nitrogen and sulphur cycling. Conclusion These findings substantially contribute to our understanding of the novel and specialised microbial communities in anchialine ecosystems, and highlight key chemosynthetic pathways that appear to be important in these energy-limited environments. Such knowledge is essential for the conservation of anchialine ecosystems, and sheds light on adaptive processes in extreme environments.