Tissue culture of immortal cell strains from diseased patients is an invaluable resource for medical research but is largely limited to tumor cell lines or transformed derivatives of native tissues. Here we describe the generation of induced pluripotent stem (iPS) cells from patients with a variety of genetic diseases with either Mendelian or complex inheritance; these diseases include adenosine deaminase deficiency-related severe combined immunodeficiency (ADA-SCID), Shwachman-Bodian-Diamond syndrome (SBDS), Gaucher disease (GD) type III, Duchenne (DMD) and Becker muscular dystrophy (BMD), Parkinson disease (PD), Huntington disease (HD), juvenile-onset, type 1 diabetes mellitus (JDM), Down syndrome (DS)/trisomy 21, and the carrier state of Lesch-Nyhan syndrome. Such disease-specific stem cells offer an unprecedented opportunity to recapitulate both normal and pathologic human tissue formation in vitro, thereby enabling disease investigation and drug development.

The Southeast Asian Sunda archipelago harbors a rich biodiversity with a substantial proportion of endemic species. The evolutionary history of these species has been drastically influenced by environmental forces, such as fluctuating sea levels, climatic changes, and severe volcanic activities. Orangutans (genus: Pongo), the only Asian great apes, are well suited to study the relative impact of these forces due to their well-documented behavioral ecology, strict habitat requirements, and exceptionally slow life history. We investigated the phylogeographic patterns and evolutionary history of orangutans in the light of the complex geological and climatic history of the Sunda archipelago. Our study is based on the most extensive genetic sampling to date, covering the entire range of extant orangutan populations. Using data from three mitochondrial DNA (mtDNA) genes from 112 wild orangutans, we show that Sumatran orangutans, Pongo abelii, are paraphyletic with respect to Bornean orangutans (P. pygmaeus), the only other currently recognized species within this genus. The deepest split in the mtDNA phylogeny of orangutans occurs across the Toba caldera in northern Sumatra and, not as expected, between both islands. Until the recent past, the Toba region has experienced extensive volcanic activity, which has shaped the current phylogeographic patterns. Like their Bornean counterparts, Sumatran orangutans exhibit a strong, yet previously undocumented structuring into four geographical clusters. However, with 3.50 Ma, the Sumatran haplotypes have a much older coalescence than their Bornean counterparts (178 kya). In sharp contrast to the mtDNA data, 18 Y-chromosomal polymorphisms show a much more recent coalescence within Sumatra compared with Borneo. Moreover, the deep geographic structure evident in mtDNA is not reflected in the male population history, strongly suggesting male-biased dispersal. We conclude that volcanic activities have played an important role in the evolutionary history of orangutans and potentially of many other forest-dwelling Sundaland species. Furthermore, we demonstrate that a strong sex bias in dispersal can lead to conflicting patterns in uniparentally inherited markers even at a genus-wide scale, highlighting the need for a combined usage of maternally and paternally inherited marker systems in phylogenetic studies.

A multitude of factors influence how natural populations are genetically structured, including dispersal barriers, inhomogeneous habitats, and social organization. Such population subdivision is of special concern in endangered species, as it may lead to reduced adaptive potential and inbreeding in local subpopulations, thus increasing the risk of future extinctions. With only 6600 animals left in the wild, Sumatran orangutans (Pongo abelii) are among the most endangered, but also most enigmatic, great ape species. In order to infer the fine-scale population structure and connectivity of Sumatran orangutans, we analyzed the most comprehensive set of samples to date, including mitochondrial hyper-variable region I haplotypes for 123 individuals and genotypes of 27 autosomal microsatellite markers for 109 individuals. For both mitochondrial and autosomal markers, we found a pronounced population structure, caused by major rivers, mountain ridges, and the Toba caldera. We found that genetic diversity and corresponding long-term effective population size estimates vary strongly among sampling regions for mitochondrial DNA, but show remarkable similarity for autosomal markers, hinting at male-driven long-distance gene flow. In support of this, we identified several individuals that were most likely sired by males originating from other genetic clusters. Our results highlight the effect of natural barriers in shaping the genetic structure of great ape populations, but also point toward important dispersal corridors on northern Sumatra that allow for genetic exchange.

Background Several studies suggested great ape cultures, arguing that human cumulative culture presumably evolved from such a foundation. These focused on conspicuous behaviours, and showed rich geographic variation, which could not be attributed to known ecological or genetic differences. Although geographic variation within call types (accents) has previously been reported for orang-utans and other primate species, we examine geographic variation in the presence/absence of discrete call types (dialects). Because orang-utans have been shown to have geographic variation that is not completely explicable by genetic or ecological factors we hypothesized that this will be similar in the call domain and predict that discrete call type variation between populations will be found. Methodology/Principal Findings We examined long-term behavioural data from five orang-utan populations and collected fecal samples for genetic analyses. We show that there is geographic variation in the presence of discrete types of calls. In exactly the same behavioural context (nest building and infant retrieval), individuals in different wild populations customarily emit either qualitatively different calls or calls in some but not in others. By comparing patterns in call-type and genetic similarity, we suggest that the observed variation is not likely to be explained by genetic or ecological differences. Conclusion/Significance These results are consistent with the potential presence of 'call cultures' and suggest that wild orang-utans possess the ability to invent arbitrary calls, which spread through social learning. These findings differ substantially from those that have been reported for primates before. First, the results reported here are on dialect and not on accent. Second, this study presents cases of production learning whereas most primate studies on vocal learning were cases of contextual learning. We conclude with speculating on how these findings might assist in bridging the gap between vocal communication in non-human primates and human speech.

Summary Sexually transmitted (venereal) syphilis marked European history with a devastating epidemic at the end of the 15 th century, and is currently re-emerging globally. Together with non-venereal treponemal diseases, like bejel and yaws, found in subtropical and tropical regions, it poses a prevailing health threat worldwide. The origins and spread of treponemal diseases remain unresolved, including syphilis’ potential introduction into Europe from the Americas. Here, we present the first genetic data from archaeological human remains reflecting a previously unknown diversity of Treponema pallidum in historical Europe. Our study demonstrates that a variety of strains related to both venereal syphilis and yaws were already present in Northern Europe in the early modern period. We also discovered a previously unknown T. pallidum lineage recovered as a sister group to yaws and bejel. These findings imply a more complex pattern of geographical prevalence and etiology of early treponemal epidemics than previously understood.

The origins of treponemal diseases have long remained unknown, especially considering the sudden onset of the first syphilis epidemic in the late 15th century in Europe and its hypothesized arrival from the Americas with Columbus' expeditions1,2. Recently, ancient DNA evidence has revealed various treponemal infections circulating in early modern Europe and colonial-era Mexico3-6. However, there has been to our knowledge no genomic evidence of treponematosis recovered from either the Americas or the Old World that can be reliably dated to the time before the first trans-Atlantic contacts. Here, we present treponemal genomes from nearly 2,000-year-old human remains from Brazil. We reconstruct four ancient genomes of a prehistoric treponemal pathogen, most closely related to the bejel-causing agent Treponema pallidum endemicum. Contradicting the modern day geographical niche of bejel in the arid regions of the world, the results call into question the previous palaeopathological characterization of treponeme subspecies and showcase their adaptive potential. A high-coverage genome is used to improve molecular clock date estimations, placing the divergence of modern T. pallidum subspecies firmly in pre-Columbian times. Overall, our study demonstrates the opportunities within archaeogenetics to uncover key events in pathogen evolution and emergence, paving the way to new hypotheses on the origin and spread of treponematoses.

Abstract In ancient DNA research, the degraded nature of the samples generally results in poor yields of highly fragmented DNA, and targeted DNA enrichment is thus required to maximize research outcomes. The three commonly used methods – (1) array-based hybridization capture and in-solution capture using either (2) RNA or (3) DNA baits – have different characteristics that may influence the capture efficiency, specificity, and reproducibility. Here, we compared their performance in enriching pathogen DNA of Mycobacterium leprae and Treponema pallidum of 11 ancient and 19 modern samples. We find that in-solution approaches are the most effective method in ancient and modern samples of both pathogens, and RNA baits usually perform better than DNA baits. Method summary We compared three targeted DNA enrichment strategies used in ancient DNA research for the specific enrichment of pathogen DNA regarding their efficiency, specificity, and reproducibility for ancient and modern Mycobacterium leprae and Treponema pallidum samples. Array-based capture and in-solution capture with RNA and DNA baits were all tested in three independent replicates.

Abstract Background Recent advances in next-generation sequencing have opened up new possibilities for utilizing the human microbiome in various fields, including forensics. Researchers have capitalized on the site-specific microbial communities found in different parts of the body to identify body fluids from biological evidence. Despite promising results, microbiome-based methods have not yet been fully integrated into forensic practice due to the lack of standardized protocols and systematic testing of methods on forensically relevant samples. Our study addresses critical decisions in establishing these protocols, focusing on bioinformatics choices and the use of machine learning to present microbiome results in court for forensically relevant and challenging samples. Results We propose using Operational Taxonomic Units (OTUs) for read data processing and creating heterogeneous training datasets for training a random forest classifier. Our classifier incorporates six forensically relevant classes: saliva, semen, hand skin, penile skin, urine, and vaginal/menstrual fluid. Across these classes, our classifier achieved a high weighted average F1 score of 0.89. Systematic testing on mixed-source samples and underwear revealed reliable detection of at least one component of the mixture and the identification of vaginal fluid from underwear substrates. Additionally, when investigating the sexually shared microbiome (sexome) of heterosexual couples, our classifier shows promising results for the inference of sexual activity. Conclusion In our study, we recommend the use of a novel random forest classifier trained on a heterogenous dataset for obtaining predictions from samples mimicking forensic evidence. We also highlight the potential of the sexome for assessing the nature of sexual activities in forensic investigations, while delineating areas that warrant further research. Furthermore, we underscore key considerations when presenting machine learning results for classifying mixed-source samples.

Syphilis swept across the world in the 16th century as one of most prominent documented pandemics and is re-emerging worldwide despite the availability of effective antibiotics. Little is known about the genetic patterns in current infections or the evolutionary origins of the disease due to the non-cultivable and clonal nature of the causative bacterium Treponema pallidum subsp. pallidum. In this study, we used DNA capture and next generation sequencing to obtain whole genome data from syphilis patient specimens and from treponemes propagated in laboratory settings. Phylogenetic analyses indicate that the syphilis strains examined here share a common ancestor after the 15th century. Moreover, most contemporary strains are azithromycin resistant and members of a globally dominant cluster named here as SS14- Ω. This cluster diversified from a common ancestor in the mid-20th century and has the population genetic and epidemiological features indicative of the emergence of a pandemic strain cluster.

Abstract The treponemal diseases yaws, bejel and syphilis, all caused by subspecies of the bacterium Treponema pallidum , are re-emerging worldwide, yet their origins and spread remain largely unresolved. Albeit still rare, reconstructed ancient genomes of various T. pallidum strains now exist, to complement the analyses on the modern-day diversity of treponemes. Here, we report a new high-coverage (35X) ancient genome of a historical T. pallidum subsp. pallidum strain from the 17th century. This novel addition, combined with a selection of 76 modern and historical strains, enables a new level of in-depth investigation of treponemal evolution across all humaninfecting strains, with detailed analyses on recombination, positive selection, and divergence history of T. pallidum subspecies. Altogether 18 recombinant genes with strong evidence for effects of positive selection are identified, potentially responsible for virulence and immune evasion. The profound impact of recombination is in particular demonstrated in the diversification of the yaws- and bejel-causing clades, as excluding these recombinant genes from phylogenetic analysis causes these well-separated subspecies to cluster into a single clade. Both the involvement of ancient genomes in several recombination events, and the molecular clock dating of the subspecies’ divergence history emphasize the importance of recombination in the early adaptations of all T. pallidum strains. These findings are crucial in resolving the evolutionary history of T. pallidum , and in understanding the functionalities of treponemes beyond what could be achieved with modern genomic data alone.