This Meeting Review describes the proceedings and conclusions from the inaugural meeting of the Electron Microscopy Validation Task Force organized by the Unified Data Resource for 3DEM (http://www.emdatabank.org) and held at Rutgers University in New Brunswick, NJ on September 28 and 29, 2010. At the workshop, a group of scientists involved in collecting electron microscopy data, using the data to determine three-dimensional electron microscopy (3DEM) density maps, and building molecular models into the maps explored how to assess maps, models, and other data that are deposited into the Electron Microscopy Data Bank and Protein Data Bank public data archives. The specific recommendations resulting from the workshop aim to increase the impact of 3DEM in biology and medicine.

The ongoing global novel coronavirus pneumonia COVID-19 outbreak has engendered numerous cases of infection and death. COVID-19 diagnosis relies upon nucleic acid detection; however, currently recommended methods exhibit high false-negative rates and are unable to identify other respiratory virus infections, thereby resulting in patient misdiagnosis and impeding epidemic containment. Combining the advantages of targeted amplification and long-read, real-time nanopore sequencing, herein, nanopore targeted sequencing (NTS) is developed to detect SARS-CoV-2 and other respiratory viruses simultaneously within 6-10 h, with a limit of detection of ten standard plasmid copies per reaction. Compared with its specificity for five common respiratory viruses, the specificity of NTS for SARS-CoV-2 reaches 100%. Parallel testing with approved real-time reverse transcription-polymerase chain reaction kits for SARS-CoV-2 and NTS using 61 nucleic acid samples from suspected COVID-19 cases show that NTS identifies more infected patients (22/61) as positive, while also effectively monitoring for mutated nucleic acid sequences, categorizing types of SARS-CoV-2, and detecting other respiratory viruses in the test sample. NTS is thus suitable for COVID-19 diagnosis; moreover, this platform can be further extended for diagnosing other viruses and pathogens.

Abstract Efficacious interventions are urgently needed for the treatment of COVID-19. Here, we report a monoclonal antibody (mAb), MW05, showing high SARS-CoV-2 neutralizing activity by disrupting the interaction of receptor binding domain (RBD) with angiotensin-converting enzyme 2 (ACE2) receptor. Crosslinking of Fc with FcγRIIB mediates antibody-dependent enhancement (ADE) activity by MW05. This activity was eliminated by introducing the LALA mutation to the Fc region (MW05/LALA). Most importantly, potent prophylactic and therapeutic effects against SARS-CoV-2 were observed in rhesus monkeys. A single dose of MW05/LALA completely blocked the infection of SARS-CoV-2 in a study of its prophylactic effect and totally cleared SARS-CoV-2 in three days in a treatment setting. These results pave the way for the development of MW05/LALA as an effective strategy for combating COVID-19.

Abstract Cryo-Electron Tomography (cryo-ET) has become an essential technique in revealing cellular and macromolecular assembly structures in their native states. However, due to radiation damage and the limited tilt range, cryo-ET suffers from low contrast and missing wedge artifacts, which limits the tomograms to low resolution and hinders further biological interpretation. In this study, we applied the Model-Based Iterative Reconstruction (MBIR) method to obtain tomographic 3D reconstructions of experimental cryo-ET datasets and demonstrated the advantages of MBIR in contrast improvement, missing wedge artifacts reduction, and missing information restoration compared with other reconstruction approaches. Considering the outstanding reconstruction quality, MBIR has a great potential in the determination of high resolution biological structures with cryo-ET.

ABSTRACT Background The Microtubule-Associated Protein Tau (MAPT) is one of the proteins that are central to neurodegenerative diseases. The nature of intracellular tau aggregates is determined by the cell types whether neuronal or glial, the participating tau isoforms, and the structure of the amyloid filament. The transmembrane protein 106B (TMEM106B) has recently emerged as another significant player in neurodegeneration and aging. In the central nervous system, the composition of the gray and white matter differs considerably. The gray matter consists of nerve cell bodies, dendrites, unmyelinated axons, synaptic terminals, astrocytes, oligodendrocytes (satellite cells) and microglia. The white matter differs from the gray for the presence of axonal tracts as the only neuronal component and for the absence of nerve cell bodies, dendrites and synaptic terminals. Cryogenic electron microscopy (cryo-EM) studies have unveiled the structure of tau and TMEM106B, from the cerebral cortex, in several neurodegenerative diseases; however, whether tau and TMEM106B filaments from the gray and white matter share a common fold requires additional investigation. Methods We isolated tau and TMEM106B from the cerebral cortex and white matter of the frontal lobes of two individuals affected by multiple system tauopathy with presenile dementia (MSTD), a disease caused by the MAPT intron 10 mutation +3. We used immunostaining, biochemical, genetics and cryo-EM methods to characterize tau and TMEM106B. Results We determined that tau filaments in the gray and the white matter of MSTD individuals can induce tau aggregation and have identical AGD type 2 folds. TMEM106B amyloid filaments were also found in the gray and white matter of MSTD; the filament folds were identical in the two anatomical regions. Conclusions Our findings show for the first time that in MSTD two types of amyloid filaments extracted from the gray matter have identical folds to those extracted from the white matter. Whether in this genetic disorder there is a relationship in the pathogenesis of the tau and TMEM106B filaments, remains to be determined. Furthermore, additional studies are needed for other proteins and other neurodegenerative diseases to establish whether filaments extracted from the gray and white matter would have identical folds.

The

Abstract Antibiotic resistance poses a growing risk to public health requiring new tools to combat pathogenic bacteria. Contractile injection systems, including bacteriophage tails, pyocins, and bacterial type VI secretion systems, can efficiently penetrate cell envelopes and become potential antibacterial agents. Bacteriophage XM1 is a dsDNA virus belonging to the Myoviridae family and infecting Vibrio bacteria. The XM1 virion, made of 18 different proteins, consists of an icosahedral head and a contractile tail, terminated with a baseplate. Here we report cryo-EM reconstructions of all components of the XM1 virion and describe atomic structures of 14 XM1 proteins. The XM1 baseplate is composed of a central hub surrounded by six wedge modules to which twelve spikes are attached. The XM1 tail contains a fewer number of smaller proteins compared with other reported phage baseplates, depicting the minimum requirements for building an effective cell-envelope-penetrating machine. We describe the tail sheath structure in the pre-infection post-infection states and its conformational changes during infection. In addition, we report, for the first time, the in situ structure of the phage neck region to near-atomic resolution. Based on these structures, we propose mechanisms of virus assembly and infection.

Daily alignment of the microscope is a prerequisite to reaching optimal illumination lens and imaging lens conditions for high resolution imaging in cryo-EM. In contrast to the dramatic progress in automated image acquisition and post-image processing techniques, less attention has been paid to the improvement of microscope alignment before data collection. In this study, we have employed our recently published tool, s2stigmator, to study how image astigmatism varies with the imaging conditions (e.g. defocus, magnification). We have found that the large change of defocus/magnification between visual correction of astigmatism and subsequent data collection tasks, or even during data collection will inevitably result in undesirable residual astigmatism in the final images. Furthermore, the dependence of astigmatism on the imaging conditions varies significantly from time to time, so that it cannot be reliably compensated by pre-calibration of the microscope. These findings have essentially invalidated a basic assumption of current cryo-EM imaging strategies that assumes invariant astigmatism for different defocuses/magnifications used in the microscope alignment stage and the final data acquisition stage. Based on these findings, we recommend the same magnification and the median defocus of the intended defocus range for final data collection are used in the objective lens astigmatism correction task during microscope alignment and in the focus mode of the iterative low-dose imaging. It is also desirable to develop a fast, accurate method that can perform dynamic correction of the astigmatism for different intended defocuses during automated imaging.