A group-specific primer, F243 (positions 226 to 243, Escherichia coli numbering), was developed by comparison of sequences of genes encoding 16S rRNA (16S rDNA) for the detection of actinomycetes in the environment with PCR and temperature or denaturing gradient gel electrophoresis (TGGE or DGGE, respectively). The specificity of the forward primer in combination with different reverse ones was tested with genomic DNA from a variety of bacterial strains. Most actinomycetes investigated could be separated by TGGE and DGGE, with both techniques giving similar results. Two strategies were employed to study natural microbial communities. First, we used the selective amplification of actinomycete sequences (E. coli positions 226 to 528) for direct analysis of the products in denaturing gradients. Second, a nested PCR providing actinomycete-specific fragments (E. coli positions 226 to 1401) was used which served as template for a PCR when conserved primers were used. The products (E. coli positions 968 to 1401) of this indirect approach were then separated by use of gradient gels. Both approaches allowed detection of actinomycete communities in soil. The second strategy allowed the estimation of the relative abundance of actinomycetes within the bacterial community. Mixtures of PCR-derived 16S rDNA fragments were used as model communities consisting of five actinomycetes and five other bacterial species. Actinomycete products were obtained over a 100-fold dilution range of the actinomycete DNA in the model community by specific PCR; detection of the diluted actinomycete DNA was not possible when conserved primers were used. The methods tested for detection were applied to monitor actinomycete community changes in potato rhizosphere and to investigate actinomycete diversity in different soils.

Four hundred and seventy-five strains, which included 394 type cultures of Streptomyces and representatives of 14 other actinomycete genera, were studied. Overall similarities of these strains for 139 unit characters were determined by the S SM and S J coefficients and clustering by the UPGMA algorithm. Test error and overlap between the phena defined were within acceptable limits. Cluster-groups were defined by the S SM coefficient at the 70·1% similarity (S) level and by the S J coefficient at the 50% S-level. Clusters were distinguished at the 77·5% S SM and 63% S J S-levels. Groupings obtained with the two coefficients were generally similar, but there were some changes in the definition and membership of cluster-groups and clusters. The phenetic data obtained, together with those from previous diverse studies, indicated that the genera Actinopycnidium, Actinosporangium, Chainia, Elytrosporangium, Kitasatoa and Micro-ellobosporia should be reduced to synonyms of Streptomyces, while Intrasporangium, Nocardioides and Streptoverticillium remained as distinct genera in the family Streptomycetaceae. Nocardiopsis dassonvillei also showed strong phenetic affinity to Streptomyces, despite its chemotaxonomic differences. Actinomadura sensu stricto was phenetically distinguishable from Streptomyces and ‘Nocardid’ mediterranea was recognized as a taxon distinct from both these genera and from Nocardia sensu stricto. Most of the Streptomyces type cultures fell into one large cluster-group. At the 77·5% S SM S-level, they were recovered in 19 major and 40 minor clusters, with 18 strains recovered as single member clusters. The status of the latter as species was therefore confirmed. Most of the minor clusters, consisting of two to five strains, can also be regarded as species. The major clusters varied in size (from 6 to 71 strains) and in their homogeneity. Therefore, it is suggested that they be regarded as species-groups until further information is available. The results provide a basis for the reduction of the large number of Streptomyces species which have been described. They also demonstrate that the previous use of a limited number of subjectively chosen characters to define species-groups or species has resulted in artificial classifications.

BackgroundBNT162b2 mRNA and ChAdOx1 nCOV-19 adenoviral vector vaccines have been rapidly rolled out in the UK from December, 2020. We aimed to determine the factors associated with vaccine coverage for both vaccines and documented the vaccine effectiveness of the BNT162b2 mRNA vaccine in a cohort of health-care workers undergoing regular asymptomatic testing.MethodsThe SIREN study is a prospective cohort study among staff (aged ≥18 years) working in publicly-funded hospitals in the UK. Participants were assigned into either the positive cohort (antibody positive or history of infection [indicated by previous positivity of antibody or PCR tests]) or the negative cohort (antibody negative with no previous positive test) at the beginning of the follow-up period. Baseline risk factors were collected at enrolment, symptom status was collected every 2 weeks, and vaccination status was collected through linkage to the National Immunisations Management System and questionnaires. Participants had fortnightly asymptomatic SARS-CoV-2 PCR testing and monthly antibody testing, and all tests (including symptomatic testing) outside SIREN were captured. Data cutoff for this analysis was Feb 5, 2021. The follow-up period was Dec 7, 2020, to Feb 5, 2021. The primary outcomes were vaccinated participants (binary ever vacinated variable; indicated by at least one vaccine dose recorded by at least one of the two vaccination data sources) for the vaccine coverage analysis and SARS-CoV-2 infection confirmed by a PCR test for the vaccine effectiveness analysis. We did a mixed-effect logistic regression analysis to identify factors associated with vaccine coverage. We used a piecewise exponential hazard mixed-effects model (shared frailty-type model) using a Poisson distribution to calculate hazard ratios to compare time-to-infection in unvaccinated and vaccinated participants and estimate the impact of the BNT162b2 vaccine on all PCR-positive infections (asymptomatic and symptomatic). This study is registered with ISRCTN, number ISRCTN11041050, and is ongoing.Findings23 324 participants from 104 sites (all in England) met the inclusion criteria for this analysis and were enrolled. Included participants had a median age of 46·1 years (IQR 36·0–54·1) and 19 692 (84%) were female; 8203 (35%) were assigned to the positive cohort at the start of the analysis period, and 15 121 (65%) assigned to the negative cohort. Total follow-up time was 2 calendar months and 1 106 905 person-days (396 318 vaccinated and 710 587 unvaccinated). Vaccine coverage was 89% on Feb 5, 2021, 94% of whom had BNT162b2 vaccine. Significantly lower coverage was associated with previous infection, gender, age, ethnicity, job role, and Index of Multiple Deprivation score. During follow-up, there were 977 new infections in the unvaccinated cohort, an incidence density of 14 infections per 10 000 person-days; the vaccinated cohort had 71 new infections 21 days or more after their first dose (incidence density of eight infections per 10 000 person-days) and nine infections 7 days after the second dose (incidence density four infections per 10 000 person-days). In the unvaccinated cohort, 543 (56%) participants had typical COVID-19 symptoms and 140 (14%) were asymptomatic on or 14 days before their PCR positive test date, compared with 29 (36%) with typical COVID-19 symptoms and 15 (19%) asymptomatic in the vaccinated cohort. A single dose of BNT162b2 vaccine showed vaccine effectiveness of 70% (95% CI 55–85) 21 days after first dose and 85% (74–96) 7 days after two doses in the study population.InterpretationOur findings show that the BNT162b2 vaccine can prevent both symptomatic and asymptomatic infection in working-age adults. This cohort was vaccinated when the dominant variant in circulation was B1.1.7 and shows effectiveness against this variant.FundingPublic Health England, UK Department of Health and Social Care, and the National Institute for Health Research.

BackgroundIncreased understanding of whether individuals who have recovered from COVID-19 are protected from future SARS-CoV-2 infection is an urgent requirement. We aimed to investigate whether antibodies against SARS-CoV-2 were associated with a decreased risk of symptomatic and asymptomatic reinfection.MethodsA large, multicentre, prospective cohort study was done, with participants recruited from publicly funded hospitals in all regions of England. All health-care workers, support staff, and administrative staff working at hospitals who could remain engaged in follow-up for 12 months were eligible to join The SARS-CoV-2 Immunity and Reinfection Evaluation study. Participants were excluded if they had no PCR tests after enrolment, enrolled after Dec 31, 2020, or had insufficient PCR and antibody data for cohort assignment. Participants attended regular SARS-CoV-2 PCR and antibody testing (every 2–4 weeks) and completed questionnaires every 2 weeks on symptoms and exposures. At enrolment, participants were assigned to either the positive cohort (antibody positive, or previous positive PCR or antibody test) or negative cohort (antibody negative, no previous positive PCR or antibody test). The primary outcome was a reinfection in the positive cohort or a primary infection in the negative cohort, determined by PCR tests. Potential reinfections were clinically reviewed and classified according to case definitions (confirmed, probable, or possible) and symptom-status, depending on the hierarchy of evidence. Primary infections in the negative cohort were defined as a first positive PCR test and seroconversions were excluded when not associated with a positive PCR test. A proportional hazards frailty model using a Poisson distribution was used to estimate incidence rate ratios (IRR) to compare infection rates in the two cohorts.FindingsFrom June 18, 2020, to Dec 31, 2020, 30 625 participants were enrolled into the study. 51 participants withdrew from the study, 4913 were excluded, and 25 661 participants (with linked data on antibody and PCR testing) were included in the analysis. Data were extracted from all sources on Feb 5, 2021, and include data up to and including Jan 11, 2021. 155 infections were detected in the baseline positive cohort of 8278 participants, collectively contributing 2 047 113 person-days of follow-up. This compares with 1704 new PCR positive infections in the negative cohort of 17 383 participants, contributing 2 971 436 person-days of follow-up. The incidence density was 7·6 reinfections per 100 000 person-days in the positive cohort, compared with 57·3 primary infections per 100 000 person-days in the negative cohort, between June, 2020, and January, 2021. The adjusted IRR was 0·159 for all reinfections (95% CI 0·13–0·19) compared with PCR-confirmed primary infections. The median interval between primary infection and reinfection was more than 200 days.InterpretationA previous history of SARS-CoV-2 infection was associated with an 84% lower risk of infection, with median protective effect observed 7 months following primary infection. This time period is the minimum probable effect because seroconversions were not included. This study shows that previous infection with SARS-CoV-2 induces effective immunity to future infections in most individuals.FundingDepartment of Health and Social Care of the UK Government, Public Health England, The National Institute for Health Research, with contributions from the Scottish, Welsh and Northern Irish governments.

Magnetic susceptibility values for topsoils across England arc combined with data for soil type, geochemistry and concentrations of magnetotactic bacteria in order to evaluate different theories for explaining soil magnetism. Strongly magnetic soils in unpolluted areas are found over weakly magnetic substrates and are dominated by ultrafine superparamagnetic grains. Magnetotactic bacteria are present in insufficient concentrations to account for strongly magnetic soils, and crop burning is discounted as a major factor. A small number of samples show high values associated with either airborne magnetic particulates from pollution or residual primary ferrimagnetic minerals from igneous substrates. The results are used to construct a new mechanism for the formation of secondary ferrimagnetic minerals that links abiological weathering and biological fermentation processes. The fundamental driving force in the mechanism is Fe supply, which may be linked to climate. Observed causative associations between climate and the magnetic susceptibility of loess-palaeosol sequences are supported by the findings.

Abstract The impact of human activity on the selection for antibiotic resistance in the environment is largely unknown, although considerable amounts of antibiotics are introduced through domestic wastewater and farm animal waste. Selection for resistance may occur by exposure to antibiotic residues or by co-selection for mobile genetic elements (MGEs) which carry genes of varying activity. Class 1 integrons are genetic elements that carry antibiotic and quaternary ammonium compound (QAC) resistance genes that confer resistance to detergents and biocides. This study aimed to investigate the prevalence and diversity of class 1 integron and integron-associated QAC resistance genes in bacteria associated with industrial waste, sewage sludge and pig slurry. We show that prevalence of class 1 integrons is higher in bacteria exposed to detergents and/or antibiotic residues, specifically in sewage sludge and pig slurry compared with agricultural soils to which these waste products are amended. We also show that QAC resistance genes are more prevalent in the presence of detergents. Studies of class 1 integron prevalence in sewage sludge amended soil showed measurable differences compared with controls. Insertion sequence elements were discovered in integrons from QAC contaminated sediment, acting as powerful promoters likely to upregulate cassette gene expression. On the basis of this data, >1 × 1019 bacteria carrying class 1 integrons enter the United Kingdom environment by disposal of sewage sludge each year.

There is growing understanding that the environment plays an important role both in the transmission of antibiotic resistant pathogens and in their evolution. Accordingly, researchers and stakeholders world-wide seek to further explore the mechanisms and drivers involved, quantify risks and identify suitable interventions. There is a clear value in establishing research needs and coordinating efforts within and across nations in order to best tackle this global challenge. At an international workshop in late September 2017, scientists from 14 countries with expertise on the environmental dimensions of antibiotic resistance gathered to define critical knowledge gaps. Four key areas were identified where research is urgently needed: 1) the relative contributions of different sources of antibiotics and antibiotic resistant bacteria into the environment; 2) the role of the environment, and particularly anthropogenic inputs, in the evolution of resistance; 3) the overall human and animal health impacts caused by exposure to environmental resistant bacteria; and 4) the efficacy and feasibility of different technological, social, economic and behavioral interventions to mitigate environmental antibiotic resistance.1.

Inflammatory bowel disease (IBD), is a debilitating group of chronic diseases including Crohn's Disease (CD) and ulcerative colitis (UC), which causes inflammation of the gut and affects millions of people worldwide. At different taxonomic levels, the structure of the gut microbiota is significantly altered in IBD patients compared to that of healthy individuals. However, it is unclear how these IBD-affected bacterial groups are related to other common bacteria in the gut, and how they are connected across different disease conditions at the global scale.In this study, using faecal samples from patients with IBD, we show through diversity analysis of the microbial community structure based on the 16S rRNA gene that the gut microbiome of IBD patients is less diverse compared to healthy individuals. Furthermore, we have identified which bacterial groups change in abundance in both CD and UC compared to healthy controls. A substantial imbalance was observed across four major bacterial phyla including Firmicutes, Bacteroidetes, Proteobacteria and Actinobacteria, which together constitute > 98% of the gut microbiota. Next, we reconstructed a bacterial family co-abundance network based on the correlation of abundance profiles obtained from the public gut microbiome data of > 22,000 samples of faecal and gut biopsies taken from both diseased and healthy individuals. The data was compiled using the EBI metagenomics database (Mitchell et al. in Nucleic Acids Res 46:D726-D735, 2018). By mapping IBD-altered bacterial families to the network, we show that the bacterial families which exhibit an increased abundance in IBD conditions are not well connected to other groups, implying that these families generally do not coexist together with common gut organisms. Whereas, the bacterial families whose abundance is reduced or did not change in IBD conditions compared to healthy conditions are very well connected to other bacterial groups, suggesting they are highly important groups of bacteria in the gut that can coexist with other bacteria across a range of conditions.IBD patients exhibited a less diverse gut microbiome compared to healthy individuals. Bacterial groups which changed in IBD patients were found to be groups which do not co-exist well with common commensal gut bacteria, whereas bacterial groups which did not change in patients with IBD were found to commonly co-exist with commensal gut microbiota. This gives a potential insight into the dynamics of the gut microbiota in patients with IBD.

Abstract Background The rhizosphere is a hotspot for microbial activity and contributes to ecosystem services including plant health and biogeochemical cycling. The activity of microbial viruses, and their influence on plant-microbe interactions in the rhizosphere, remains undetermined. Given the impact of viruses on the ecology and evolution of their host communities, determining how soil viruses influence microbiome dynamics is crucial to build a holistic understanding of rhizosphere functions. Results Here, we aimed to investigate the influence of crop management on the composition and activity of bulk soil, rhizosphere soil, and root viral communities. We combined viromics, metagenomics, and metatranscriptomics on soil samples collected from a 3-year crop rotation field trial of oilseed rape ( Brassica napus L.). By recovering 1,059 dsDNA viral populations and 16,541 ssRNA bacteriophage populations, we expanded the number of underexplored Leviviricetes genomes by > 5 times. Through detection of viral activity in metatranscriptomes, we uncovered evidence of “Kill-the-Winner” dynamics, implicating soil bacteriophages in driving bacterial community succession. Moreover, we found the activity of viruses increased with proximity to crop roots and identified that soil viruses may influence plant-microbe interactions through the reprogramming of bacterial host metabolism. We have provided the first evidence of crop rotation-driven impacts on soil microbial communities extending to viruses. To this aim, we present the novel principal of “viral priming”, which describes how the consecutive growth of the same crop species primes viral activity in the rhizosphere through local adaptation. Conclusions Overall, we reveal unprecedented spatial and temporal diversity in viral community composition and activity across root, rhizosphere soil and bulk soil compartments. Our work demonstrates that the roles of soil viruses need greater consideration to exploit the rhizosphere microbiome for food security, food safety, and environmental sustainability.

Abstract The growing problem of antibiotic resistance has led to the exploration of uncultured bacteria as potential sources of new antimicrobials. PCR amplicon analyses and short-read sequencing studies of samples from different environments have reported evidence of high biosynthetic gene cluster (BGC) diversity in metagenomes. However, few complete BGCs from uncultivated bacteria have been recovered, making assessment of BGC diversity difficult. Here, long-read sequencing and genome mining were used to recover >1400 mostly complete BGCs that demonstrate the rich diversity of BGCs from uncultivated lineages present in soil from Mars Oasis, Antarctica. The phyla Acidobacteriota, Verrucomicrobiota and Gemmatimonadota, but also the actinobacterial classes Acidimicrobiia, Thermoleophilia, and the gammaproteobacterial order UBA7966, were found to encode a large number of highly divergent BGCs. Our findings underline the biosynthetic potential of underexplored phyla as well as unexplored lineages within seemingly well-studied producer phyla. They also showcase long-read metagenomic sequencing as a promising way to access the untapped reservoir of specialised metabolites of the uncultured majority of microbes.