A SARS-CoV-2 variant carrying the Spike protein amino acid change D614G has become the most prevalent form in the global pandemic. Dynamic tracking of variant frequencies revealed a recurrent pattern of G614 increase at multiple geographic levels: national, regional, and municipal. The shift occurred even in local epidemics where the original D614 form was well established prior to introduction of the G614 variant. The consistency of this pattern was highly statistically significant, suggesting that the G614 variant may have a fitness advantage. We found that the G614 variant grows to a higher titer as pseudotyped virions. In infected individuals, G614 is associated with lower RT-PCR cycle thresholds, suggestive of higher upper respiratory tract viral loads, but not with increased disease severity. These findings illuminate changes important for a mechanistic understanding of the virus and support continuing surveillance of Spike mutations to aid with development of immunological interventions.

Human and simian immunodeficiency viruses (HIV and SIV), influenza virus, and hepatitis C virus (HCV) have heavily glycosylated, highly variable surface proteins. Here we explore N-linked glycosylation site (sequon) variation at the population level in these viruses, using a new Web-based program developed to facilitate the sequon tracking and to define patterns (www.hiv.lanl.gov). This tool allowed rapid visualization of the two distinctive patterns of sequon variation found in HIV-1, HIV-2, and SIV CPZ. The first pattern (fixed) describes readily aligned sites that are either simply present or absent. These sites tend to be occupied by high-mannose glycans. The second pattern (shifting) refers to sites embedded in regions of extreme local length variation and is characterized by shifts in terms of the relative position and local density of sequons; these sites tend to be populated by complex carbohydrates. HIV, with its extreme variation in number and precise location of sequons, does not have a net increase in the number of sites over time at the population level. Primate lentiviral lineages have host species–dependent levels of sequon shifting, with HIV-1 in humans the most extreme. HCV E1 and E2 proteins, despite evolving extremely rapidly through point mutation, show limited sequon variation, although two shifting sites were identified. Human influenza A hemagglutinin H3 HA1 is accumulating sequons over time, but this trend is not evident in any other avian or human influenza A serotypes.

Abstract To investigate the evolutionary history of the recent outbreak of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS‐CoV‐2) in China, a total of 70 genomes of virus strains from China and elsewhere with sampling dates between 24 December 2019 and 3 February 2020 were analyzed. To explore the potential intermediate animal host of the SARS‐CoV‐2 virus, we reanalyzed virome data sets from pangolins and representative SARS‐related coronaviruses isolates from bats, with particular attention paid to the spike glycoprotein gene. We performed phylogenetic, split network, transmission network, likelihood‐mapping, and comparative analyses of the genomes. Based on Bayesian time‐scaled phylogenetic analysis using the tip‐dating method, we estimated the time to the most recent common ancestor and evolutionary rate of SARS‐CoV‐2, which ranged from 22 to 24 November 2019 and 1.19 to 1.31 × 10 −3 substitutions per site per year, respectively. Our results also revealed that the BetaCoV/bat/Yunnan/RaTG13/2013 virus was more similar to the SARS‐CoV‐2 virus than the coronavirus obtained from the two pangolin samples (SRR10168377 and SRR10168378). We also identified a unique peptide (PRRA) insertion in the human SARS‐CoV‐2 virus, which may be involved in the proteolytic cleavage of the spike protein by cellular proteases, and thus could impact host range and transmissibility. Interestingly, the coronavirus carried by pangolins did not have the RRAR motif. Therefore, we concluded that the human SARS‐CoV‐2 virus, which is responsible for the recent outbreak of COVID‐19, did not come directly from pangolins.

Frequent recombination and strong purifying selection facilitate the cross-species transmission of coronaviruses to humans.

ABSTRACT Clostridium botulinum is a taxonomic designation for many diverse anaerobic spore-forming rod-shaped bacteria that have the common property of producing botulinum neurotoxins (BoNTs). The BoNTs are exoneurotoxins that can cause severe paralysis and death in humans and other animal species. A collection of 174 C. botulinum strains was examined by amplified fragment length polymorphism (AFLP) analysis and by sequencing of the 16S rRNA gene and BoNT genes to examine the genetic diversity within this species. This collection contained representatives of each of the seven different serotypes of botulinum neurotoxins (BoNT/A to BoNT/G). Analysis of the16S rRNA gene sequences confirmed previous identifications of at least four distinct genomic backgrounds (groups I to IV), each of which has independently acquired one or more BoNT genes through horizontal gene transfer. AFLP analysis provided higher resolution and could be used to further subdivide the four groups into subgroups. Sequencing of the BoNT genes from multiple strains of serotypes A, B, and E confirmed significant sequence variation within each serotype. Four distinct lineages within each of the BoNT A and B serotypes and five distinct lineages of serotype E strains were identified. The nucleotide sequences of the seven toxin genes of the serotypes were compared and showed various degrees of interrelatedness and recombination, as was previously noted for the nontoxic nonhemagglutinin gene, which is linked to the BoNT gene. These analyses contribute to the understanding of the evolution and phylogeny within this species and assist in the development of improved diagnostics and therapeutics for the treatment of botulism.

1. We analysed 41 years of data (1968–2008) from Blelham Tarn, U.K., to determine the consequences of eutrophication and climate warming on hypolimnetic dissolved oxygen (DO). 2. The establishment of thermal stratification was strongly related to the onset of DO depletion in the lower hypolimnion. As a result of a progressively earlier onset of stratification and later overturn, the duration of stratification increased by 38 ± 8 days over the 41 years. 3. The observed rate of volumetric hypolimnetic oxygen depletion (VHODobs) ranged from 0.131 to 0.252 g O2 m−3 per day and decreased significantly over the study period, despite the increase in the mean chlorophyll a (Chl a) concentration in the growing season. The vertical transport of DO represented from 0 to 30% of VHODobs, while adjustments for interannual differences in hypolimnetic temperature were less important, ranging from −11 to 9% of VHODobs. 4. The mean wind speed during May made the strongest significant contribution to the variation in VHODobs. VHODobs adjusted for the vertical transport of DO and hypolimnetic temperature differences, VHODadj, was significantly related to the upper mixed layer Chl a concentration during spring. 5. Hypolimnetic anoxia (HA) ranged from 27 to 168 days per year and increased significantly over time, which undoubtedly had negative ecological consequences for the lake. 6. In similar small temperate lakes, the negative effects of eutrophication on hypolimnetic DO are likely to be exacerbated by changes in lake thermal structure brought about by a warming climate, which may undermine management efforts to alleviate the effects of anthropogenic eutrophication.

Abstract Objective To compare long-read nanopore DNA sequencing (DNA-seq) with short-read sequencing-by-synthesis for sequencing a full-length (e.g., non-deletion, nor reporter) HIV-1 model provirus in plasmid pHXB2_D. Design We sequenced pHXB2_D and a control plasmid pNL4-3_gag-pol(Δ1443-4553)_EGFP with long- and short-read DNA-seq, evaluating sample variability with resequencing (sequencing and mapping to reference HXB2) and de novo viral genome assembly. Methods We prepared pHXB2_D and pNL4-3_gag-pol(Δ1443-4553)_EGFP for long-read nanopore DNA-seq, varying DNA polymerases Taq (Sigma-Aldrich) and Long Amplicon (LA) Taq (Takara). Nanopore basecallers were compared. After aligning reads to the reference HXB2 to evaluate sample coverage, we looked for variants. We next assembled reads into contigs, followed by finishing and polishing. We hired an external core to sequence-verify pHXB2_D and pNL4-3_gag-pol(Δ1443-4553)_EGFP with single-end 150 base-long Illumina reads, after masking sample identity. Results We achieved full-coverage (100%) of HXB2 HIV-1 from 5’ to 3’ long terminal repeats (LTRs), with median per-base coverage of over 9000x in one experiment on a single MinION flow cell. The longest HIV-spanning read to-date was generated, at a length of 11,487 bases, which included full-length HIV-1 and plasmid backbone with flanking host sequences supporting a single HXB2 integration event. We discovered 20 single nucleotide variants in pHXB2_D compared to reference, verified by short-read DNA sequencing. There were no variants detected in the HIV-1 segments of pNL4-3_gag-pol(Δ1443-4553)_EGFP. Conclusions Nanopore sequencing performed as-expected, phasing LTRs, and even covering full-length HIV. The discovery of variants in a reference plasmid demonstrates the need for sequence verification moving forward, in line with calls from funding agencies for reagent verification. These results illustrate the utility of long-read DNA-seq to advance the study of HIV at single integration site resolution.

Proteins often exist in multiple conformational states, influenced by the binding of ligands or substrates. The study of these states, particularly the apo (unbound) and holo (ligand-bound) forms, is crucial for understanding protein function, dynamics, and interactions. In the current study, we use AlphaFold2, which combines randomized alanine sequence masking with shallow multiple sequence alignment subsampling to expand the conformational diversity of the predicted structural ensembles and capture conformational changes between apo and holo protein forms. Using several well-established datasets of structurally diverse apo-holo protein pairs, the proposed approach enables robust predictions of apo and holo structures and conformational ensembles, while also displaying notably similar dynamics distributions. These observations are consistent with the view that the intrinsic dynamics of allosteric proteins are defined by the structural topology of the fold and favor conserved conformational motions driven by soft modes. Our findings provide evidence that AlphaFold2 combined with randomized alanine sequence masking can yield accurate and consistent results in predicting moderate conformational adjustments between apo and holo states, especially for proteins with localized changes upon ligand binding. For large hinge-like domain movements, the proposed approach can predict functional conformations characteristic of both apo and ligand-bound holo ensembles in the absence of ligand information. These results are relevant for using this AlphaFold adaptation for probing conformational selection mechanisms according to which proteins can adopt multiple conformations, including those that are competent for ligand binding. The results of this study indicate that robust modeling of functional protein states may require more accurate characterization of flexible regions in functional conformations and the detection of high-energy conformations. By incorporating a wider variety of protein structures in training datasets, including both apo and holo forms, the model can learn to recognize and predict the structural changes that occur upon ligand binding.

Eliciting broadly neutralizing antibodies-(bnAbs) remains a major goal of HIV-1 vaccine research. Previously, we showed that a soluble chimpanzee SIV Envelope-(Env) trimer, MT145K, bound several human V2-apex bnAb-precursors and stimulated an appropriate response in V2-apex bnAb precursor-expressing knock-in mice. Here, we tested the immunogenicity of three MT145 variants (MT145, MT145K, MT145K.dV5) expressed as chimeric simian-chimpanzee-immunodeficiency-viruses-(SCIVs) in rhesus macaques-(RMs). All three viruses established productive infections with high setpoint vRNA titers. RMs infected with the germline-targeting SCIV_MT145K and SCIV_MT145K.dV5 exhibited larger and more clonally expanded B cell lineages featuring long anionic heavy chain complementary-determining-regions-(HCDR3s) compared with wildtype SCIV_MT145. Moreover, antigen-specific B cell analysis revealed enrichment for long-CDHR3-bearing antibodies in SCIV_MT145K.dV5 infected animals with paratope features resembling prototypic V2-apex bnAbs and their precursors. Although none of the animals developed bnAbs, these results show that germline-targeting SCIVs can activate and preferentially expand B cells expressing V2-apex bnAb-like precursors, the first step in bnAb elicitation.

Botulinum neurotoxins (BoNTs) are produced by diverse members of the Clostridia and result in a flaccid paralysis known as botulism. Exploring the diversity of BoNTs is important for the development of therapeutics and antitoxins. Here we describe a novel, bont-like gene cluster identified in a draft genome assembly for Enterococcus sp. 3G1_DIV0629 by querying publicly available genomic databases. The bont-like gene is found in a gene cluster similar to known bont gene clusters. Protease and binding motifs conserved in known BoNT proteins are present in the newly identified BoNT-like protein; however, it is currently unknown if the BoNT-like protein described here is capable of targeting neuronal cells resulting in botulism.