ABSTRACT Diverse influenza A viruses (IAVs) circulate in wild birds, including dangerous strains that infect poultry and humans. Consequently, surveillance of IAVs in wild birds is a cornerstone of outbreak prevention and pandemic preparedness. Surveillance is traditionally done by testing birds, but dangerous IAVs are rarely detected before outbreaks begin. Testing environmental specimens from wild bird habitats has been proposed as an alternative. These specimens are thought to contain diverse IAVs deposited by broad range of avian hosts, including species that are not typically sampled by surveillance programs. We developed a targeted genomic sequencing method for recovering IAV genome fragments from these challenging environmental specimens, including purpose-built bioinformatic analysis tools for counting, subtyping, and characterizing each distinct fragment recovered. We demonstrated our method on 90 sediment specimens from wetlands around Vancouver, Canada. We recovered 2,312 IAV genome fragments originating from all 8 IAV genome segments. 11 haemagglutinin (HA) subtypes and 9 neuraminidase subtypes were detected, including H5, the current global surveillance priority. Recovered fragments originated predominantly from IAV lineages that circulate in North American resident wild birds. Our results demonstrate that targeted genomic sequencing of environmental specimens from wild bird habitats can be a valuable complement to avian influenza surveillance programs.

ABSTRACT Background Sequencing viruses in many specimens is hindered by excessive background material from hosts, microbiota, and environmental organisms. Consequently, enrichment of target genomic material is necessary for practical high-throughput viral genome sequencing. Hybridization probes are widely used for enrichment in many fields, but their application to viral sequencing faces a major obstacle: it is difficult to design panels of probe oligo sequences that broadly target many viral taxa due to their rapid evolution, extensive diversity, and genetic hypervariability. To address this challenge, we created ProbeTools, a package of bioinformatic tools for generating effective viral capture panels, and for assessing coverage of target sequences by probe panel designs in silico . In this study, we validated ProbeTools by designing a panel of 3,600 probes for subtyping the hypervariable haemagglutinin (HA) and neuraminidase (NA) genome segments of avian-origin influenza A viruses (AIVs). Using in silico assessment of AIV reference sequences and in vitro capture on egg-cultured viral isolates, we demonstrated effective performance by our custom AIV panel and ProbeTools’ suitability for challenging viral probe design applications. Results Based on ProbeTool’s in silico analysis, our panel provided broadly inclusive coverage of 14,772 HA and 11,967 NA reference sequences. 90% of these HA and NA references sequences had 90.8% and 95.1% of their nucleotide positions covered in silico by the panel respectively. We also observed effective in vitro capture on a representative collection of 23 egg-cultured AIVs that included isolates from wild birds, poultry, and humans and representatives from all HA and NA subtypes. 42 of 46 HA and NA segments had over 98.3% of their nucleotide positions significantly enriched by our custom panel. These in vitro results were further used to validate ProbeTools’ in silico coverage assessment algorithm; 89.2% of in silico predictions were concordant with in vitro results. Conclusions ProbeTools generated an effective panel for subtyping AIVs that can be deployed for genomic surveillance, outbreak prevention, and pandemic preparedness. Effective probe design against hypervariable AIV targets also validated ProbeTools’ design and coverage assessment algorithms, demonstrating their suitability for other challenging viral capture applications.

ABSTRACT Public health emergencies like SARS, MERS, and COVID-19 have prioritized surveillance of zoonotic coronaviruses, resulting in extensive genomic characterization of coronavirus diversity in bats. Sequencing viral genomes directly from animal specimens remains a laboratory challenge, however, and most bat coronaviruses have been characterized solely by PCR amplification of small regions from the best-conserved gene. This has resulted in limited phylogenetic resolution and left viral genetic factors relevant to threat assessment undescribed. In this study, we evaluated whether a technique called hybridization probe capture can achieve more extensive genome recovery from surveillance specimens. Using a custom panel of 20,000 probes, we captured and sequenced coronavirus genomic material in 21 swab specimens collected from bats in the Democratic Republic of the Congo. For 15 of these specimens, probe capture recovered more genome sequence than had been previously generated with standard amplicon sequencing protocols, providing a median 6.1-fold improvement (ranging up to 69.1-fold). Probe capture data also identified five novel alpha- and betacoronaviruses in these specimens, and their full genomes were recovered with additional deep sequencing. Based on these experiences, we discuss how probe capture could be effectively operationalized alongside other sequencing technologies for high-throughput, genomics-based discovery and surveillance of bat coronaviruses.

Abstract In December 2021, influenza A viruses (IAV) were detected in a population of farmed mink in British Columbia, Canada. Based on genomic sequencing and phylogenetic analysis, these IAVs were subtyped as H3N2s that originated from reassortment of swine H3N2 (clade 1990.4h), human seasonal H1N1 (pdm09), and swine H1N2 (clade 1A.1.1.3). This reassortant has been subsequently observed in swine in several Midwest American states, as well as in swine and turkeys in Ontario, suggesting its spillover into farmed mink in British Columbia was incidental to its broader dissemination in North American swine populations. These detections reaffirm the need for extensive genomic surveillance of IAVs in swine populations to monitor reassortments that might become public health concerns. They also highlight the need for closer surveillance of IAVs in mink to preserve animal health, protect agricultural interests, and monitor potential zoonotic threats.