Expanding the targeting space of Cas9 CRISPR-Cas9 associates with a guide RNA to target and cleave a specific DNA site next to a protospacer adjacent motif (PAM). Streptococcus pyogenes Cas9 (SpCas9), the one most often used for genome editing, only recognizes the NGG sequence (where N is any nucleobase) as the PAM, which restricts regions in the genome that can be targeted. To address this limitation, Nishimasu et al. created a SpCas9 variant that recognizes NG rather than NGG. The SpCas9-NG variant increased the targeting range, had a specificity similar to that of the wild-type enzyme, and could be used with a base editor. Thus, SpCas9-NG is a powerful addition to the CRISPR-Cas9 genome engineering toolbox and will be useful in a broad range of applications, from basic research to clinical therapeutics. Science , this issue p. 1259

The emergence of the Omicron variant of SARS-CoV-2 is an urgent global health concern1. In this study, our statistical modelling suggests that Omicron has spread more rapidly than the Delta variant in several countries including South Africa. Cell culture experiments showed Omicron to be less fusogenic than Delta and than an ancestral strain of SARS-CoV-2. Although the spike (S) protein of Delta is efficiently cleaved into two subunits, which facilitates cell-cell fusion2,3, the Omicron S protein was less efficiently cleaved compared to the S proteins of Delta and ancestral SARS-CoV-2. Furthermore, in a hamster model, Omicron showed decreased lung infectivity and was less pathogenic compared to Delta and ancestral SARS-CoV-2. Our multiscale investigations reveal the virological characteristics of Omicron, including rapid growth in the human population, lower fusogenicity and attenuated pathogenicity.

Soon after the emergence and global spread of the SARS-CoV-2 Omicron lineage BA.1, another Omicron lineage, BA.2, began outcompeting BA.1. The results of statistical analysis showed that the effective reproduction number of BA.2 is 1.4-fold higher than that of BA.1. Neutralization experiments revealed that immunity induced by COVID vaccines widely administered to human populations is not effective against BA.2, similar to BA.1, and that the antigenicity of BA.2 is notably different from that of BA.1. Cell culture experiments showed that the BA.2 spike confers higher replication efficacy in human nasal epithelial cells and is more efficient in mediating syncytia formation than the BA.1 spike. Furthermore, infection experiments using hamsters indicated that the BA.2 spike-bearing virus is more pathogenic than the BA.1 spike-bearing virus. Altogether, the results of our multiscale investigations suggest that the risk of BA.2 to global health is potentially higher than that of BA.1.

Clonal heterogeneity underlies diverse biological processes, including cancer progression, cell differentiation, and microbial evolution. Cell tagging strategies with DNA barcodes have recently enabled analysis of clone size dynamics and clone-restricted transcriptomic landscapes of heterogeneous populations. However, isolating a target clone that displays a specific phenotype from a complex population remains challenging. Here, we present a new multi-kingdom genetic barcoding system, CloneSelect, in which a target cell clone can be triggered to express a reporter gene for isolation through barcode-specific CRISPR base editing. In CloneSelect, cells are first barcoded and propagated so their subpopulation can be subjected to a given experiment. A clone that shows a phenotype or genotype of interest at a given time can then be isolated from the initial or subsequent cell pools stored throughout the experimental timecourse. This novel CRISPR-barcode genetics platform provides many new ways of analyzing and manipulating mammalian, yeast, and bacterial systems. Teaser A multi-kingdom CRISPR-activatable barcoding system enables the precise isolation of target barcode-labeled clones from a complex cell population.

Abstract Base editors derived from CRISPR-Cas9 systems and DNA editing enzymes offer an unprecedented opportunity for the precise modification of genes, but have yet to be used at a genome-scale throughput. Here, we test the ability of an editor based on a cytidine deaminase, the Target-AID base editor, to systematically modify genes genome-wide using the set of yeast essential genes. We tested the effect of mutating around 17,000 individual sites in parallel across more than 1,500 genes in a single experiment. We identified over 1,100 sites at which mutations have a significant impact on fitness. Using previously determined and preferred Target-AID mutational outcomes, we predicted the protein variants caused by each of these gRNAs. We found that gRNAs with significant effects on fitness are enriched in variants predicted to be deleterious by independent methods based on site conservation and predicted protein destabilization. Finally, we identify key features to design effective gRNAs in the context of base editing. Our results show that base editing is a powerful tool to identify key amino acid residues at the scale of proteomes.

Abstract Soon after the emergence and global spread of a new severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) Omicron lineage, BA.1 (ref 1, 2 ), another Omicron lineage, BA.2, has initiated outcompeting BA.1. Statistical analysis shows that the effective reproduction number of BA.2 is 1.4-fold higher than that of BA.1. Neutralisation experiments show that the vaccine-induced humoral immunity fails to function against BA.2 like BA.1, and notably, the antigenicity of BA.2 is different from BA.1. Cell culture experiments show that BA.2 is more replicative in human nasal epithelial cells and more fusogenic than BA.1. Furthermore, infection experiments using hamsters show that BA.2 is more pathogenic than BA.1. Our multiscale investigations suggest that the risk of BA.2 for global health is potentially higher than that of BA.1.

While several Cas9-derived base editors have been developed to induce either C-to-T or A-to-G mutation at target genomic sites, the possible genome editing space when using the current base editors remains limited. Here, we present a novel base editor, Target-ACE, which integrates the abilities of both of the previously developed C-to-T and A-to-G base editors by fusing an activation-induced cytidine deaminase (AID) and an engineered tRNA adenosine deaminase (TadA) to a catalytically impaired Streptococcus pyogenes Cas9. In mammalian cells, Target-ACE enabled heterologous editing of multiple bases in a small sequence window of target sites with increased efficiency compared with a mixture of two relevant base editor enzymes, each of which may block the same target DNA molecule from the other. Furthermore, by modeling editing patterns using deep sequencing data, the editing spectra of Target-ACE and other base editors were simulated across the human genome, demonstrating the highest potency of Target-ACE to edit amino acid coding patterns. Taking these findings together, Target-ACE is a new tool that broadens the capabilities for base editing for various applications.

ABSTRACT Barcode fusion genetics (BFG) utilizes deep sequencing to improve the throughput of protein-protein interaction (PPI) screening in pools. BFG has been implemented in Yeast two-hybrid (Y2H) screens (BFG-Y2H). While Y2H requires test protein pairs to localize in the nucleus for reporter reconstruction, Dihydrofolate Reductase Protein-Fragment Complementation Assay (DHFR-PCA) allows proteins to localize in broader subcellular contexts and proves to be largely orthogonal to Y2H. Here, we implemented BFG to DHFR-PCA (BFG-PCA). This plasmid-based system can leverage ORF collections across model organisms to perform comparative analysis, unlike the original DHFR-PCA that requires yeast genomic integration. The scalability and quality of BFG-PCA were demonstrated by screening human and yeast interactions for >11,000 protein pairs. BFG-PCA showed high-sensitivity and high-specificity for capturing known interactions for both species. BFG-Y2H and BFG-PCA capture distinct sets of PPIs, which can partially be explained based on the domain orientation of the reporter tags. BFG-PCA is a high-throughput protein interaction technology to interrogate binary PPIs that exploits clone collections from any species of interest, expanding the scope of PPI assays.