Abstract We evaluated associations between nine epigenetic age acceleration (EAA) scores and 18 cardio-metabolic phenotypes using an Eastern European ageing population cohort richly annotated for a diverse set of phenotypes (subsample, n = 306; aged 45-69 years). This was implemented by splitting the data into groups with positive and negative EAAs. We observed strong association between all epigenetic age acceleration scores and sex, suggesting that any analysis of EAAs should be adjusted by sex. We found that some sex-adjusted EAA scores were significantly associated with several phenotypes such as blood levels of gamma-glutamyl transferase and low-density lipoprotein, smoking status, annual alcohol consumption, multiple carotid plaques, and incident coronary heart disease status (not necessarily the same phenotypes for different EAAs). We demonstrated that even after adjusting EAAs for sex, EAA-phenotype associations remain sex-specific, which should be taken into account in any downstream analysis involving EAAs. The obtained results suggest that in some EAA-phenotype associations, negative EAA scores (i.e. epigenetic age below chronological age) indicated more harmful phenotype values, which is counter-intuitive. Among all considered epigenetic clocks, GrimAge was significantly associated with more phenotypes than any other EA scores in this Russian sample.

Abstract Background Mosquitoes are carriers of tropical diseases, thus demanding a comprehensive understanding of their behaviour to devise effective disease control strategies. In this article we show that machine learning can provide a performance assessment of 2D and 3D machine vision techniques and thereby guide entomologists towards appropriate experimental approaches for behaviour assessment. Behaviours are best characterised via tracking—giving a full time series of information. However, tracking systems vary in complexity. Single-camera imaging yields two-component position data which generally are a function of all three orthogonal components due to perspective; however, a telecentric imaging setup gives constant magnification with respect to depth and thereby measures two orthogonal position components. Multi-camera or holographic techniques quantify all three components. Methods In this study a 3D mosquito mating swarm dataset was used to generate equivalent 2D data via telecentric imaging and a single camera at various imaging distances. The performance of the tracking systems was assessed through an established machine learning classifier that differentiates male and non-male mosquito tracks. SHAPs analysis has been used to explore the trajectory feature values for each model. Results The results reveal that both telecentric and single-camera models, when placed at large distances from the flying mosquitoes, can produce equivalent accuracy from a classifier as well as preserve characteristic features without resorting to more complex 3D tracking techniques. Conclusions Caution should be exercised when employing a single camera at short distances as classifier balanced accuracy is reduced compared to that from 3D or telecentric imaging; the trajectory features also deviate compared to those from the other datasets. It is postulated that measurement of two orthogonal motion components is necessary to optimise the accuracy of machine learning classifiers based on trajectory data. The study increases the evidence base for using machine learning to determine behaviours from insect trajectory data. Graphical Abstract

Abstract Robust imaging techniques for tracking insects have been essential tools in numerous laboratory and field studies on pests, beneficial insects and model systems. Recent innovations in optical imaging systems and associated signal processing have enabled detailed characterisation of nocturnal mosquito behaviour around bednets and improvements in bednet design, a global essential for protecting populations against malaria. Nonetheless, there remain challenges around ease of use for large scale in situ recordings and extracting data reliably in the critical areas of the bednet where the optical signal is attenuated. Here we introduce a retro-reflective screen at the back of the measurement volume, which can simultaneously provide diffuse illumination, and remove optical alignment issues whilst requiring only one-sided access to the measurement space. The illumination becomes significantly more uniform, although, noise removal algorithms are needed to reduce the effects of shot noise particularly across low intensity bednet regions. By systematically introducing mosquitoes in front and behind the bednet in lab experiments we are able to demonstrate robust tracking in these challenging areas. Overall, the retro-reflective imaging setup delivers mosquito segmentation rates in excess of 90% compared to less than 70% with back-lit systems.

Our view of genetic polymorphism is shaped by methods that provide a limited and reference-biased picture. Long-read sequencing technologies, which are starting to provide nearly complete genome sequences for population samples, should solve the problem—except that characterizing and making sense of non-SNP variation is difficult even with perfect sequence data. Here, we analyze 27 genomes of Arabidopsis thaliana in an attempt to address these issues, and illustrate what can be learned by analyzing whole-genome polymorphism data in an unbiased manner. Estimated genome sizes range from 135 to 155 Mb, with differences almost entirely due to centromeric and rDNA repeats. The completely assembled chromosome arms comprise roughly 120 Mb in all accessions, but are full of structural variants, many of which are caused by insertions of transposable elements (TEs) and subsequent partial deletions of such insertions. Even with only 27 accessions, a pan-genome coordinate system that includes the resulting variation ends up being 40% larger than the size of any one genome. Our analysis reveals an incompletely annotated mobile-ome: our ability to predict what is actually moving is poor, and we detect several novel TE families. In contrast to this, the genic portion, or “gene-ome”, is highly conserved. By annotating each genome using accession-specific transcriptome data, we find that 13% of all genes are segregating in our 27 accessions, but that most of these are transcriptionally silenced. Finally, we show that with short-read data we previously massively underestimated genetic variation of all kinds, including SNPs—mostly in regions where short reads could not be mapped reliably, but also where reads were mapped incorrectly. We demonstrate that SNP-calling errors can be biased by the choice of reference genome, and that RNA-seq and BS-seq results can be strongly affected by mapping reads to a reference genome rather than to the genome of the assayed individual. In conclusion, while whole-genome polymorphism data pose tremendous analytical challenges, they will ultimately revolutionize our understanding of genome evolution.

Abstract Background The success of Insecticide Treated Bednets (ITNs) for malaria vector control in Africa relies on the behaviour of the major malaria vectors, Anopheles species. Research into mosquito behavioural traits influencing the performance of ITNs has focused largely on time or location of biting. Here we investigated less tractable behaviours including timings of net contact, willingness to refeed and longevity post exposure to two next-generation nets, PermaNet® 3.0 (P3) and Interceptor® G2 (IG2) in comparison with a standard pyrethroid only net (Olyset (OL)) and an untreated net. Methods Susceptible and resistant Anopheles gambiae mosquitoes were exposed to the nets with a human volunteer host in a room scale assay. Mosquito movements were tracked for two hours using an infrared video system, collecting flight trajectory, spatial position and net contact data. Post-assay, mosquitoes were monitored for a range of sublethal insecticide effects. Results OL, P3 and IG2 all killed over 90% of susceptible mosquitoes 24 hours after exposure, but this effect was not seen with resistant mosquitoes where mortality ranged from 16% to 72%. Total mosquito activity was higher around untreated nets than ITNs. There was no difference in total activity, the number, or duration, of net contact, between any mosquito strain, with similar behaviours recorded in susceptible and resistant strains at all ITNs. Net contact was focussed predominantly on the roof for all bednets. We observed a steep decay in activity for both susceptible strains when P3 and OL were present and with IG2 for one of the two susceptible strains. All treated nets reduced the willingness of resistant strains to re-feed when offered blood one-hour post-exposure, with a more pronounced effect seen with P3 and OL than IG2. Conclusion Results indicate that the effects of ITNs on mosquito behaviour are consistent, with no major differences in responses between strains of different pyrethroid susceptibility.

Aberrant DNA methylation (DNAm) is known to be associated with the aetiology of cancer, including colorectal cancer (CRC). In the past, the availability of open access data has been the main driver of innovative method development and research training. However, this is increasingly being eroded by the move to controlled access, particularly of medical data, including cancer DNAm data. To rejuvenate this valuable tradition, we leveraged DNAm data from 1,845 samples (535 CRC tumours, 522 normal colon tissues adjacent to tumours, 72 colorectal adenomas, and 716 normal colon tissues from healthy individuals) from 14 open access studies deposited in NCBI GEO and ArrayExpress. We calculated each sample’s epigenetic age (EA) using eleven epigenetic clock models and derived the corresponding epigenetic age acceleration (EAA). For EA, we observed that most first- and second-generation epigenetic clocks reflect the chronological age in normal tissues adjacent to tumours and healthy individuals [e.g., Horvath ( r = 0.77 and 0.79), Zhang elastic net (EN) ( r = 0.70 and 0.73)] unlike the epigenetic mitotic clocks (EpiTOC, HypoClock, MiAge) ( r < 0.3). For EAA, we used PhenoAge, Wu, and the above mitotic clocks and found them to have distinct distributions in different tissue types, particularly between normal colon tissues adjacent to tumours and cancerous tumours, as well as between normal colon tissues adjacent to tumours and normal colon tissue from healthy individuals. Finally, we harnessed these associations to develop a classifier using elastic net regression (with lasso and ridge regularisations) that predicts CRC diagnosis based on a patient’s sex and EAAs calculated from histologically normal controls (i.e., normal colon tissues adjacent to tumours and normal colon tissue from healthy individuals). The classifier demonstrated good diagnostic potential with ROC-AUC = 0.886, which suggests that an EAA-based classifier trained on relevant data could become a tool to support diagnostic/prognostic decisions in CRC for clinical professionals. Our study also reemphasises the importance of open access clinical data for method development and training of young scientists. Obtaining the required approvals for controlled access data would not have been possible in the timeframe of this study.

ABSTRACT Barrier bednets (BBnets), regular bednets with a vertical insecticidal panel to target mosquitoes above the bednet roof, where activity is highest, have the potential to improve existing Insecticidal Treated Bednets (ITNs), by reducing quantity of insecticide required per net, reducing the toxic risks to those using the net, thus increasing the range of insecticides to choose from. We evaluated performance of different BBnet variants based on the PermaNet 3 ( i . e ., P3 BBnets with pyrethroid and piperonyl butoxide (PBO) on the roof or barrier; pyrethroid alone on the side walls) in room-scale bioassays, simultaneously video-recorded to track mosquitoes. Experimental results showed the longitudinal P3 barrier (P3L) to be highly effective: P3+P3L were consistently though not significantly more effective than the reference P3 bednet while performance of Ut+P3L was comparable to the reference P3. Comparing contact duration at the treated sections of each variant, the Ut+P3L accumulated 1273 contacts with 1374 seconds duration, all on the barrier, greatly exceeding the 792 seconds duration, from 8049 contacts, accumulated across the entire surface of the PermaNet 3 reference bednet. The BBnet’s potential to augment existing bednets and enhance their performance is considered.

ABSTRACT Aberrant DNA methylation (DNAm) is known to be associated with the aetiology of cancer, including colorectal cancer (CRC). In the past, the availability of open access data has been the main driver of innovative method development and research training. However, this is increasingly being eroded by the move to controlled access, particularly of medical data, including cancer DNAm data. To rejuvenate this valuable tradition, we leveraged DNAm data from 1,845 samples (535 CRC tumours, 522 normal colon tissues adjacent to tumours, 72 colorectal adenomas, and 716 normal colon tissues from healthy individuals) from 14 open access studies deposited in NCBI GEO and ArrayExpress. We calculated each sample’s epigenetic age (EA) using eleven epigenetic clock models and derived the corresponding epigenetic age acceleration (EAA). For EA, we observed that most first- and second-generation epigenetic clocks reflect the chronological age in normal tissues adjacent to tumours and healthy individuals (e.g. Horvath ( r = 0.77 and 0.79), Zhang EN ( r = 0.70 and 0.73)) unlike the epigenetic mitotic clocks (EpiTOC, HypoClock, MiAge) ( r < 0.3). For EAA, we used PhenoAge, Wu, and the above mitotic clocks and found them to have distinct distributions in different tissue types, particularly between normal colon tissues adjacent to tumours and cancerous tumours, as well as between normal colon tissues adjacent to tumours and normal colon tissue from healthy individuals. Finally, we harnessed these associations to develop a classifier using elastic net regression (with lasso and ridge regularisations) that predicts CRC diagnosis based on a patient’s sex and EAAs calculated from histologically normal controls (i.e. normal colon tissues adjacent to tumours and normal colon tissue from healthy individuals). The classifier demonstrated good diagnostic potential with ROC-AUC=0.886, which suggests that an EAA-based classifier trained on relevant data could become a tool to support diagnostic/prognostic decisions in CRC for clinical professionals. Our study also reemphasises the importance of open access clinical data for method development and training of young scientists. Obtaining the required approvals for controlled access data would not have been possible in the timeframe of this study.

Integrative analysis of multi-omics data is a powerful approach for gaining functional insights into biological and medical processes. Conducting these multifaceted analyses on human samples is often complicated by the fact that the raw sequencing output is rarely available under open access. The Personal Genome Project UK (PGP-UK) is one of few resources that recruits its participants under open consent and makes the resulting multi-omics data freely and openly available. As part of this resource, we describe the PGP-UK multi-omics reference panel consisting of ten genomic, methylomic and transcriptomic data. Specifically, we outline the data processing, quality control and validation procedures which were implemented to ensure data integrity and exclude sample mix-ups. In addition, we provide a REST API to facilitate the download of the entire PGP-UK dataset. The data are also available from two cloud-based environments, providing platforms for free integrated analysis. In conclusion, the genotype-validated PGP-UK multi-omics human reference panel described here provides a valuable new open access resource for integrated analyses in support of personal and medical genomics.