The ciliate Tetrahymena thermophila is a model organism for molecular and cellular biology. Like other ciliates, this species has separate germline and soma functions that are embodied by distinct nuclei within a single cell. The germline-like micronucleus (MIC) has its genome held in reserve for sexual reproduction. The soma-like macronucleus (MAC), which possesses a genome processed from that of the MIC, is the center of gene expression and does not directly contribute DNA to sexual progeny. We report here the shotgun sequencing, assembly, and analysis of the MAC genome of T. thermophila, which is approximately 104 Mb in length and composed of approximately 225 chromosomes. Overall, the gene set is robust, with more than 27,000 predicted protein-coding genes, 15,000 of which have strong matches to genes in other organisms. The functional diversity encoded by these genes is substantial and reflects the complexity of processes required for a free-living, predatory, single-celled organism. This is highlighted by the abundance of lineage-specific duplications of genes with predicted roles in sensing and responding to environmental conditions (e.g., kinases), using diverse resources (e.g., proteases and transporters), and generating structural complexity (e.g., kinesins and dyneins). In contrast to the other lineages of alveolates (apicomplexans and dinoflagellates), no compelling evidence could be found for plastid-derived genes in the genome. UGA, the only T. thermophila stop codon, is used in some genes to encode selenocysteine, thus making this organism the first known with the potential to translate all 64 codons in nuclear genes into amino acids. We present genomic evidence supporting the hypothesis that the excision of DNA from the MIC to generate the MAC specifically targets foreign DNA as a form of genome self-defense. The combination of the genome sequence, the functional diversity encoded therein, and the presence of some pathways missing from other model organisms makes T. thermophila an ideal model for functional genomic studies to address biological, biomedical, and biotechnological questions of fundamental importance.

Abstract The elderly population is at increased risk of acute and chronic respiratory infections and other pulmonary diseases, and it is estimated that this population will double in the next 30 years. Biochemical changes in the lung alveolar mucosa and lung cells alter local immune response as we age, creating opportunities for invading pathogens to establish successful infections. Indeed, the lungs of the elderly are a pro-inflammatory, pro-oxidative, dysregulated environment but this environment has remained understudied. We performed a comprehensive, quantitative proteomic profile of the lung mucosa in the elderly, developing insight into the molecular fingerprints, pathways, and regulatory networks that characterize the lung in old age. We identified neutrophils in the lungs of elderly individuals as possible contributors to dysregulated lung tissue environment. This study establishes a baseline for future investigations to develop strategies to mitigate susceptibility to respiratory infections in the elderly.

ABSTRACT Upon infection, Mycobacterium tuberculosis ( M.tb ) reaches the alveolar space and comes in close contact with human alveolar lining fluid (ALF) for an uncertain period of time prior to its encounter with alveolar cells. We showed that homeostatic ALF hydrolytic enzymes modify the M.tb cell envelope, driving M.tb -host cell interactions. Still, the contribution of ALF during M.tb infection is poorly understood. Here, we exposed 4 M.tb strains with different levels of virulence, transmissibility, and drug resistance (DR) to physiological concentrations of human ALF for 15-min and 12-h, and performed RNA sequencing. Gene expression analysis showed a temporal and strain-specific adaptation to human ALF. Differential expression (DE) of ALF-exposed vs. unexposed M.tb revealed a total of 397 DE genes associated with lipid metabolism, cell envelope and processes, intermediary metabolism and respiration, and regulatory proteins, among others. Most DE genes were detected at 12-h post-ALF exposure, with DR- M.tb strain W-7642 having the highest number of DE genes. Interestingly, genes from the KstR2 regulon, which controls the degradation of cholesterol C and D rings, were significantly upregulated in all strains post-ALF exposure. These results indicate that M.tb -ALF contact drives initial metabolic and physiologic changes in M.tb , with potential implications in infection outcome. IMPORTANCE Tuberculosis, caused by airborne pathogen Mycobacterium tuberculosis ( M.tb ), is one of the leading causes of mortality worldwide. Upon infection, M.tb reaches the alveoli and gets in contact with human alveolar lining fluid (ALF), where ALF hydrolases modify the M.tb cell envelope driving subsequent M.tb -host cell interactions. Still, the contributions of ALF during infection are poorly understood. We exposed 4 M.tb strains to ALF for 15-min and 12-h and performed RNA sequencing, demonstrating a temporal and strain-specific adaptation of M.tb to ALF. Interestingly, genes associated with cholesterol degradation were highly upregulated in all strains. This study shows for the first time that ALF drives global metabolic changes in M.tb during the initial stages of the infection, with potential implications in disease outcome. Biologically relevant networks and common and strain-specific bacterial determinants derived from this study could be further investigated as potential therapeutic candidates.

Previous characterization of the genome and transcriptome of glioblastoma (GBM) has revealed molecular alterations that potentially drive GBM pathogenesis and heterogeneity

Tuberculosis (TB) infection, caused by the airborne pathogen Mycobacterium tuberculosis ( M . tb ), resulted in almost 1.4 million deaths in 2019 and the number of deaths is predicted to increase by 20% over the next 5 years due to the COVID-19 pandemic. Upon reaching the alveolar space, M . tb comes in close contact with the lung mucosa before and after its encounter with host alveolar compartment cells. Our previous studies show that homeostatic innate soluble components of the alveolar lining fluid (ALF) can quickly alter the cell envelope surface of M . tb upon contact, defining subsequent M . tb -host cell interactions and infection outcomes in vitro and in vivo . We also demonstrated that ALF from 60+ year old elders (E-ALF) vs . healthy 18- to 45-year-old adults (A-ALF) is dysfunctional with loss of homeostatic capacity and impaired innate soluble responses linked to high local oxidative stress. In this study, a targeted transcriptional assay demonstrates that M . tb exposure to human ALF alters the expression of its cell envelope genes. Specifically, our results indicate that A-ALF-exposed M . tb upregulates cell envelope genes associated with lipid, carbohydrate, and amino acid metabolism, as well as genes associated with redox homeostasis and transcriptional regulators. Conversely, M . tb exposure to E-ALF shows lesser transcriptional response, with most of the M . tb genes unchanged or downregulated. Overall, this study indicates that M . tb responds and adapts to the lung alveolar environment upon contact, and that the host ALF status determined by factors such as age might play an important role in determining infection outcome.

ABSTRACT Background Tuberculosis (TB) is one of the top leading causes of death due to a single infectious agent. Upon infection, Mycobacterium tuberculosis ( M.tb ) is deposited in the alveoli and encounters the lung mucosa or alveolar lining fluid (ALF). We previously determined that increased M.tb replication in human macrophages and alveolar epithelial cells (ATs) is mediated by age-associated changes in human ALF. Here we determine the transcriptional profile of M.tb when exposed to healthy ALF from adult (A-ALF) or elderly (E-ALF) individuals before and during infection of ATs. Results Prior to infection, exposure to E-ALF upregulates M.tb genes associated with the ESX-4 secretion system, immunomodulatory proteins from the ESX-5 system, and genes encoding phospholipases, phosphatases, and proteases. During infection, E-ALF exposure upregulates key M.tb genes from the ESX-5 secretion system, genes associated with PDIMs biosynthesis and transport, and genes linked to bacterial oxidative stress defense mechanisms. Conclusions These findings demonstrate how altered ALF in old age can impact the metabolic status of M.tb , enabling greater adaptation to the host and potentially explaining Mtb’ s increased survival within host cells. Importantly, we present the first transcriptomic analysis on the impact of the elderly lung mucosa on M.tb pathogenesis during intracellular replication in ATs.

Chuanwang Xiaoyan (CWXY) capsule is primarily used to treat a variety of acute and chronic inflammations, including acute and chronic pharyngitis and tonsillitis. However, a systematic study of its chemical constituents is still not available. This study evaluated the chemical constituents in vitro and metabolite profiles in vivo of CWXY using ultra-high-performance liquid chromatography (UHPLC) coupled with Q-Exactive Orbitrap mass spectrometry, and the pharmacokinetic behaviors of the nine main components in rats were detected using ultra-high-performance liquid chromatography-triple quadrupole-mass spectrometry (UPLC-QQQ-MS/MS). A total of 92 chemical constituents in CWXY were preliminarily identified in vitro. After oral administration to rats, 56 prototype components and 128 metabolites of CWXY were detected in the biological samples of rat plasma, urine, bile, and feces. Of these prototype components and metabolites, seven new compounds, namely M15, M16, M25, M30, M31, M71, and M128, were detected for the first time. The quantitation method of nine components in rat plasma was developed using a pharmacokinetic study. To the best of our knowledge, this study was the first to investigate the pharmacokinetic behavior of triumbelletin.