The recent discovery of bacteria in deep sediments and rocks, seemingly able to survive for millions of years with hardly any energy supply, has profound implications. For example, it impinges on theories of the origin of life, the prospects for subsurface life on other planets, and fossil fuel formation. Not surprisingly then, there is considerable controversy regarding these claims. Now a new survey shows that bacteria in deep marine sediments are not only active but are stimulated in the subsurface by chemical and geological changes occurring on geological timescales. The sub-seafloor biosphere is the largest prokaryotic habitat on Earth1 but also a habitat with the lowest metabolic rates2. Modelled activity rates are very low, indicating that most prokaryotes may be inactive or have extraordinarily slow metabolism2. Here we present results from two Pacific Ocean sites, margin and open ocean, both of which have deep, subsurface stimulation of prokaryotic processes associated with geochemical and/or sedimentary interfaces. At 90 m depth in the margin site, stimulation was such that prokaryote numbers were higher (about 13-fold) and activity rates higher than or similar to near-surface values. Analysis of high-molecular-mass DNA confirmed the presence of viable prokaryotes and showed changes in biodiversity with depth that were coupled to geochemistry, including a marked community change at the 90-m interface. At the open ocean site, increases in numbers of prokaryotes at depth were more restricted but also corresponded to increased activity; however, this time they were associated with repeating layers of diatom-rich sediments (about 9 Myr old). These results show that deep sedimentary prokaryotes can have high activity, have changing diversity associated with interfaces and are active over geological timescales.

Abstract Natural products that possess alkyne or polyyne moieties have been isolated from a variety of biological sources. In bacteria their biosynthesis has been defined, however, the distribution of polyyne biosynthetic gene clusters (BGCs), and their evolutionary relationship to alkyne biosynthesis, have not been addressed. We explored the distribution of alkyne biosynthesis gene cassettes throughout bacteria, revealing evidence of multiple horizontal gene transfer events. Investigating the evolutionary connection between alkyne and polyyne biosynthesis identified a monophyletic clade possessing a conserved seven-gene cassette for polyyne biosynthesis. Mapping the diversity of these conserved genes revealed a phylogenetic clade representing a polyyne BGC in Pseudomonas, pgn , and subsequent pathway mutagenesis and analytical chemistry characterised the associated metabolite, protegencin. In addition to unifying and expanding our knowledge of polyyne diversity, our results show that alkyne and polyyne biosynthetic gene clusters are promiscuous within bacteria. Systematic mapping of conserved biosynthetic genes across bacterial genomic diversity has proven to be a successful method for discovering natural products.

Abstract Burkholderia is a genus of diverse Gram-negative bacteria that includes several opportunistic pathogens. Siderophores, which transport iron from the environment into microbial cells, are important virulence factors in most pathogenic Burkholderia species. However, it is widely believed that Burkholderia gladioli , which can infect the lungs of cystic fibrosis (CF) sufferers, does not produce siderophores. B. gladioli BCC0238, isolated from the lung of a CF patient, produces two novel metabolites in a minimal medium containing glycerol and ribose as carbon sources. HPLC purification, followed by detailed spectroscopic analyses, identified these metabolites as unusual lipodepsipeptides containing a unique citrate-derived fatty acid and a rare dehydro-β-alanine residue. The absolute configurations of the amino acid residues in the two metabolites was elucidated using Marfey’s method and the gene cluster responsible for their biosynthesis was identified by bioinformatics and insertional mutagenesis. In-frame deletions and enzyme activity assays were used to investigate the functions of several proteins encoded by the biosynthetic gene cluster, which was found in the genomes of most B. gladioli isolates, suggesting that its metabolic products play an important role in the growth and/or survival of the species. The Chrome Azurol S (CAS) assay showed the metabolites bind ferric iron and that this supresses their production when added to the growth medium. Moreover, a gene encoding a TonB-dependent ferric-siderophore receptor is adjacent to the biosynthetic genes. Together, these observations suggest that these metabolites likely function as siderophores in B. gladioli .

Wastewater serves as an important reservoir of antimicrobial resistance (AMR), and its surveillance can provide insights into population-level trends in AMR to inform public health policy. This study compared two common high-throughput screening approaches, namely (i) high-throughput quantitative PCR (HT qPCR), targeting 73 antimicrobial resistance genes, and (ii) metagenomic sequencing. Weekly composite samples of wastewater influent were taken from 47 wastewater treatment plants (WWTPs) across Wales, as part of a national AMR surveillance programme, alongside 4 weeks of daily wastewater effluent samples from a large municipal hospital. Metagenomic analysis provided more comprehensive resistome coverage, detecting 545 genes compared to the targeted 73 genes by HT qPCR. It further provided contextual information critical to risk assessment (i.e. potential bacterial hosts). In contrast, HT qPCR exhibited higher sensitivity, quantifying all targeted genes including those of clinical relevance present at low abundance. When limited to the HT qPCR target genes, both methods were able to reflect the spatiotemporal dynamics of the complete metagenomic resistome, distinguishing that of the hospital and the WWTPs. Both approaches revealed correlations between resistome compositional shifts and environmental variables like ammonium wastewater concentration, though differed in their interpretation of some potential influencing factors. Overall, metagenomics provides more comprehensive resistome profiling, while qPCR permits sensitive quantification of genes significant to clinical resistance. We highlight the importance of selecting appropriate methodologies aligned to surveillance aims to guide the development of effective wastewater-based AMR monitoring programmes.

Burkholderia gladioli is one of few bacteria with a broad ecology spanning disease in humans, animals, and plants, and encompassing beneficial interactions with multiple eukaryotic hosts. It is a plant pathogen, a bongkrekic acid toxin producing food-poisoning agent, and a lung pathogen in people with cystic fibrosis (CF). Contrasting beneficial traits include antifungal production exploited by insects to protect their eggs, plant protective abilities and antibiotic biosynthesis. We explored the ecological diversity and specialized metabolite biosynthesis of 206 B. gladioli strains, phylogenomically defining 5 evolutionary clades. Historical disease pathovars (pv) B. gladioli pv. allicola and B. gladioli pv. cocovenenans were phylogenetically distinct, while B. gladioli pv. gladioli and B. gladioli pv. agaricicola were indistinguishable. Soft-rot disease and CF infection pathogenicity traits were conserved across all pathovars. Biosynthetic gene clusters for toxoflavin, caryoynencin and enacyloxin were dispersed across B. gladioli , but bongkrekic acid and gladiolin production were clade specific. Strikingly, 13% of CF-infection strains characterised (n=194) were bongkrekic acid toxin positive, uniquely linking this food-poisoning risk factor to chronic lung disease. Toxin production was suppressed by exposing strains to the antibiotic trimethoprim, providing a potential therapeutic strategy to minimise poisoning risk in CF.### Competing Interest StatementThe authors have declared no competing interest.

Two common iron oxide-bearing wastes—a drinking water treatment residual and a passive mine water treatment sludge (MWTS)—were utilised with and without modification as media in microcosm experiments to treat artificial benzene, toluene, ethylbenzene, and xylene (BTEX)-contaminated wastewater. In all cases, the removal of BTEX was observed over the 160-day experiments, with benzene being the most recalcitrant. The solubilisation of iron was observed, which, alongside the syntropic relationship between the methanogens and firmicutes, allowed several anaerobic processes to occur, including iron reduction in concert with the biodegradation of BTEX. Nitrogen sparging prior to microcosm establishment, compared to aeration, was seen to lead to the greater subsequent removal of BTEX, indicating that anaerobic conditions favoured removal. The rates of BTEX removal indicated that these iron oxide-bearing wastes, an abundant waste stream, may be an interesting candidate for cost-effective media for BTEX remediation in applications such as permeable reactive barriers.

Antimicrobial resistance (AMR) is a global health challenge, with hospitals and wastewater treatment plants (WWTPs) serving as significant pathways for the dissemination of antibiotic resistance genes (ARGs). This study investigates the potential of wastewater-based epidemiology (WBE) as an early warning system for assessing the burden of AMR at the population level. In this comprehensive year-long study, effluent was collected weekly from three large hospitals, and treated and untreated wastewater were collected monthly from three associated community WWTPs. Metagenomic analysis revealed a significantly higher relative abundance and diversity of ARGs in hospital wastewater than in WWTPs. Notably, ARGs conferring resistance to clinically significant antibiotics such as β-lactams, aminoglycosides, sulfonamides, and tetracyclines were more prevalent in hospital effluents. Conversely, resistance genes associated with rifampicin and MLS (macrolides-lincosamide-streptogramin) were more commonly detected in the WWTPs, particularly in the treated effluent. Network analysis identified the potential bacterial hosts, which are the key carriers of these ARGs. The study further highlighted the variability in ARG removal efficiencies across the WWTPs, with none achieving complete elimination of ARGs or a significant reduction in bacterial diversity. Additionally, ARG profiles remained relatively consistent in hospital and community wastewater throughout the study, indicating a persistent release of a baseload of ARGs and pathogenic bacteria into surface waters, potentially polluting aquatic environments and entering the food chain. The study underscores the need for routine WBE surveillance, enhanced wastewater treatment strategies, and hospital-level source control measures to mitigate AMR dissemination into the environment.