BackgroundThere are thousands of survivors of the 2014 Ebola outbreak in west Africa. Ebola virus can persist in survivors for months in immune-privileged sites; however, viral relapse causing life-threatening and potentially transmissible disease has not been described. We report a case of late relapse in a patient who had been treated for severe Ebola virus disease with high viral load (peak cycle threshold value 13·2).MethodsA 39-year-old female nurse from Scotland, who had assisted the humanitarian effort in Sierra Leone, had received intensive supportive treatment and experimental antiviral therapies, and had been discharged with undetectable Ebola virus RNA in peripheral blood. The patient was readmitted to hospital 9 months after discharge with symptoms of acute meningitis, and was found to have Ebola virus in cerebrospinal fluid (CSF). She was treated with supportive therapy and experimental antiviral drug GS-5734 (Gilead Sciences, San Francisco, Foster City, CA, USA). We monitored Ebola virus RNA in CSF and plasma, and sequenced the viral genome using an unbiased metagenomic approach.FindingsOn admission, reverse transcriptase PCR identified Ebola virus RNA at a higher level in CSF (cycle threshold value 23·7) than plasma (31·3); infectious virus was only recovered from CSF. The patient developed progressive meningoencephalitis with cranial neuropathies and radiculopathy. Clinical recovery was associated with addition of high-dose corticosteroids during GS-5734 treatment. CSF Ebola virus RNA slowly declined and was undetectable following 14 days of treatment with GS-5734. Sequencing of plasma and CSF viral genome revealed only two non-coding changes compared with the original infecting virus.InterpretationOur report shows that previously unanticipated, late, severe relapses of Ebola virus can occur, in this case in the CNS. This finding fundamentally redefines what is known about the natural history of Ebola virus infection. Vigilance should be maintained in the thousands of Ebola survivors for cases of relapsed infection. The potential for these cases to initiate new transmission chains is a serious public health concern.FundingRoyal Free London NHS Foundation Trust.

Biofoundries provide an integrated infrastructure to enable the rapid design, construction, and testing of genetically reprogrammed organisms for biotechnology applications and research. Many biofoundries are being built and a Global Biofoundry Alliance has recently been established to coordinate activities worldwide.

Significance Nonmodel bacteria have essential roles to play in the future development of biotechnology by providing new sources of biocatalysts, antibiotics, hosts for bioproduction, and engineered “living therapies.” The characterization of such hosts can be challenging, as many are not tractable to standard molecular biology techniques. This paper presents a rapid and automated methodology for characterizing new DNA parts from a nonmodel bacterium using cell-free transcription–translation. Data analysis was performed with Bayesian parameter inference to provide an understanding of gene-expression dynamics and resource sharing. We suggest that our integrated approach is expandable to a whole range of nonmodel bacteria for the characterization of new DNA parts within a native cell-free background for new biotechnology applications.

Fungi are a valuable source of enzymatic diversity and therapeutic natural products including antibiotics. By taking genes from a filamentous fungus and directing their efficient expression and subcellular localisation, we here engineer the baker's yeast Saccharomyces cerevisiae to produce and secrete the antibiotic penicillin, a beta-lactam nonribosomal peptide. Using synthetic biology tools combined with long-read DNA sequencing, we optimise productivity by 50-fold to produce bioactive yields that allow spent S. cerevisiae growth media to have antibacterial action against Streptococcus bacteria. This work demonstrates that S. cerevisiae can be engineered to perform the complex biosynthesis of multicellular fungi, opening up the possibility of using yeast to accelerate rational engineering of nonribosomal peptide antibiotics.

The polyhydroxyalkanoates are a group of microbially-produced biopolymers that have been proposed as sustainable alternatives to several oil-derived plastics. However, polyhydroxyalkanoates are currently more expensive to produce than oil-derived plastics and therefore, more efficient production processes would be desirable. Cell-free transcription-translation-based metabolic engineering strategies have been previously used to optimise several different biosynthetic pathways but not the polyhydroxyalkanoates biosynthetic pathways. Here we have developed several Escherichia coli cell-free transcription-translation-based systems for in vitro prototyping of polyhydroxyalkanoates biosynthetic operons, and also for screening relevant metabolite recycling enzymes. These cell-free transcription-translation reactions were customised through the addition of whey permeate, an industrial waste that has been previously used as a low-cost feedstock for optimising in vivo polyhydroxyalkanoates production. We found that the inclusion of an optimal concentration of whey permeate enhanced relative cell-free GFPmut3b production by ~20% compared to control reactions that did not include whey permeate. An analysis of pH in our cell-free reactions suggests that the observed increase in GFPmut3b production was likely through enhanced ATP generation, as a consequence of the glycolytic processing of lactose present in whey permeate. We also found that whey permeate enhanced cell-free reactions produced ~3μM (R)-3HB-CoA, whilst, coupled cell-free biotransformation/transcription-translation reactions produced a ten-fold greater yield of (R)-3HB-CoA. These reactions were also used to characterise a Clostridium propionicum propionyl CoA transferase enzyme that can recycle Acetyl-CoA. Together our data demonstrate that cell-free approaches can be used to complement in vivo workflows for identifying additional strategies for optimising polyhydroxyalkanoates production.

Cell-free synthetic biochemistry provides a green solution to replace traditional petroleum or agricultural based methods for production of fine chemicals. 4-(4-hydroxyphenyl)-butan-2-one, also known as raspberry ketone, is the major fragrance component of raspberry fruit and is utilised as a natural additive in the food and sports industry. Current industrial processing standards involve chemical extraction with a yield of 1-4 mg per kilo of fruit. As such its market price can fluctuate up to $20,000 per kg. Metabolic engineering approaches to synthesise this molecule by microbial fermentation have only resulted in low yields of up to 5 mg L-1. In contrast, cell-free synthetic biochemistry offers an intriguing compromise to the engineering constraints provided by the living cell. Using purified enzymes or a two-step semi-synthetic route, an optimised pathway was formed for raspberry ketone synthesis leading up to 100% yield conversion. The semi-synthetic route is potentially scalable and cost-efficient for industrial synthesis of raspberry ketone.