In the past few years, interferon-induced transmembrane (IFITM) proteins have been identified as important antiviral factors. The current understanding of IFITMs suggests that they localise within distinct cellular compartments from where they exert their broad antiviral role. For example, IFITM1 localises to the plasma membrane and restricts viruses that do not require endocytosis to infect host cells. In contrast, IFITM2 and IFITM3 are found in the early and late endosomes, respectively, and are potent inhibitors of viruses that depend on endosomal pathways for infection. I begin this dissertation by providing some background on the biology and function of IFITM proteins, including details of in vitro assays that have helped elucidate IFITMs role as antiviral factors. I also describe some early candidate-gene association studies that have attempted to correlate genetic variation within these genes with variation in viral restriction. I also describe how genetic association studies have been used more broadly to understand the biology underlying both infectious and non-communicable diseases. Evidence from in vitro, and in vivo work has demonstrated the IFITMs role as potent antiviral factors, however, no genome-wide association study has reported any significant associations to genetic variant in or around these genes. In Chapter 2, I explore reasons why this may be the case and calculate the coverage of IFITM genes by commercially available genotyping arrays. I show that IFITM2 and IFITM3 are amongst the 7% of all protein coding genes with less than 25% common variant (minor allele frequency > 5%) coverage across all arrays. Poor coverage of genetic variation is therefore one explanation for the lack of IFITM associations in GWAS. The lack of coverage in the genotyping arrays led me to explore other tools to capture variation in the IFITM region. I employ a targeted sequencing method using two different sequencing technologies: short-read sequencing (Illumina MiSeq) and single molecule, real-time sequencing (PacBio RS). Conventional pulldown protocols for targeted sequencing have not been designed for single molecule, real-time sequencing at the time, thus in Chapter 3, I provide some details of the optimisation work required to adapt the targeted method for PacBio sequencing. I then assess the performance of the method for both Illumina and PacBio sequencing. In Chapter 4, I apply the targeted sequencing method described in Chapter 3 to test genetic variants in and around IFITM1, IFITM2 and IFITM3 for association with rapid disease progression in HIV. I also explore the contribution of rare genetic variants (MAF < 1%) to this phenotype by testing for a differential enrichment between cases and controls across each of the three genes. Studies in vitro have also reported that IFITM proteins are potent restrictors of dengue virus infection. In Chapter 5, I use genotype data across a cohort of 2,008 Vietnamese children diagnosed with dengue haemorrhagic fever (DHF) and 2,018 cord blood controls to test if common variants are associated with the disease.

Haloxylon persicum is a xerophytic desert tree that grows mostly in deserts in West and Central Asia. This tree is very tolerant to the harsh conditions of deserts, mainly drought and heat. As a part of the Kingdom of Saudi Arabia Native Genome Project, a voucher specimen was identified, and the genome of this plant was sequenced, assembled, and annotated. The chromosome level assembly was performed using the integration of PacBio Hifi reads and Bionano optical maps, resulting in 9 chromosome-sized molecules that only exhibit 3 gaps located in highly repetitive regions. The annotation of the transposable elements in the genome shows that more than 55% of the genome consists of transposable elements. Moreover, genes were predicted using Iso-seq and RNA-seq and annotated using publicly available protein databases, resulting in the identification of more than 45,000 predicted genes, of which ≈ 10,000 have RNA evidence. The genome assembly and annotation of Haloxylon persicum will: provide valuable insight on the evolutionary history of desert plants, aid in discovering the mechanisms developed by this species to cope with the extreme desert conditions and unveil the possibilities and opportunities of neo-domesticating this plant. Furthermore, this assembly can serve as a reference for assembling other plant species in the KSA Native genome project or any other project worldwide.

Hepatitis C infection is a global disease that causes an estimated 399,000 deaths per year. Treatment has improved dramatically in recent years through the development of direct acting antivirals that target specific regions of the Hepatitis C virus (HCV). Unfortunately the virus can have a preexisting resistance or become resistant to these drugs by mutations in the genes that code for the target proteins. These mutations are called resistance-associated substitutions (RASs). Since RASs can cause treatment failure for patients, resistance detection is performed in clinical practice to select the ideal regimen. Currently RASs are detected by using Sanger sequencing and a partly manual workflow that can discriminate the presence of a RAS if it is present in 15-20% of viruses in a patients blood. A new method with the capacity to detect lower ratios of RASs in HCV sequences was developed, which utilizes Pacific Biosciences’ (PacBio’s) sequencing and a bioinformatics analysis software called CLAMP. To validate this new approach, 123 HCV patient samples were sequenced with both methods and then analyzed. The RASs detected with the new method were congruent to what was found with the Sanger-based workflow. The new approach was also shown to correctly genotype the virus samples, identify any co-existing mutations on the same sequences, and detect if there were any mixed genotype infections in the samples. The new procedure was found to be a valid replacement for the Sanger based workflow, with the possibility to perform additional analyses and perform automated and time efficient RAS detection.

No description available.

[ES] Las estaciones depuradoras de aguas (EDAR) tienen un papel fundamental en la protección del medio ambiente, evitan la llegada de nutrientes (nitrógeno y fósforo) y otros contaminantes a los ecosistemas acuáticos. El sistema más utilizado para la eliminación de nitrógeno en las EDAR es el proceso biológico de nitrificación-desnitrificación vía nitrato. El rendimiento de los sistemas biológicos está directamente relacionado con la estructura de la comunidad bacteriana y su metabolismo. En este trabajo se monitorizaron las variaciones temporales de las características fisicoquímicas del afluente, los parámetros operacionales y los rendimientos de eliminación del amonio en 6 reactores biológicos con sistemas de fangos activos. Para la caracterización de comunidades involucradas en el proceso de nitrificación se utilizaron diferentes técnicas de biología molecular: hibridación in situ con sondas marcadas con fluoróforos (FISH), secuenciación de segunda generación Illumina y secuenciación de tercera generación SMRT de PacBio, la cual no había sido utilizada hasta la fecha para el análisis de la microbiota de sistemas convencionales de eliminación de nutrientes. Para valorar la actividad de la biomasa nitrificante y de la biomasa heterótrofa se utilizaron técnicas respirométricas y técnicas para la cuantificación del ATP de última generación. Para analizar el gran volumen de datos generado tras la aplicación de las diferentes técnicas, se utilizaron técnicas estadísticas de análisis multivariante, como los modelos de regresión lineal multivariante basados en la distancia (DISTLM). Estas técnicas estadísticas permitieron valorar la contribución de las variables ambientales a la variabilidad observada en la estructura de las comunidades de bacterias nitrificantes, los rendimientos de eliminación del nitrógeno y su actividad. Las técnicas moleculares empleadas permitieron determinar que Nitrosomonas oligotropha, Nitrospira spp. y Nitrotoga sp. fueron las especies responsable de los procesos de nitrificación en las EDAR analizadas. Los resultados alcanzados con las técnicas FISH e Illumina sobre la estructura de la población de bacterias nitrificantes fueron similares, y permitieron detectar los sesgos de la secuenciación SMRT de PacBio. Los modelos de regresión permitieron valorar la contribución de las bacterias nitrificantes a la eliminación del amonio y cuáles fueron los factores que influían en su abundancia en cada una de las EDAR. La carga orgánica, la concentración de sólidos volátiles, la concentración de oxígeno y la temperatura fueron las variables de mayor influencia en la abundancia de estas especies. Mientras que la carga de fósforo influenció significativamente en su actividad. Este estudio reveló que la aplicación de ozono disminuye significativamente a los rendimientos de eliminación del amonio. Los resultados obtenidos ayudaron a mejorar la comprensión sobre el proceso de nitrificación en cada una de las EDAR y manifiestan la importancia de la dinámica poblacional de las bacterias nitrificantes en los rendimientos de eliminación del amonio en las EDAR. Estos resultados establecen que las técnicas moleculares combinadas con respirometría y los modelos de ordenación multivariante empleados en esta tesis, son una herramienta fiable para la monitorización y el control del proceso de nitrificación en sistemas de eliminación biológica de nitrógeno. Los resultados de esta tesis sugieren que la medida de los sólidos suspendidos volátiles activos mediante técnicas de determinación de ATP de segunda generación puede mejorar el cálculo de las variables de diseño y control más habituales de las EDAR. / [CA] Les estacions depuradores d'aigües residuals (EDAR) tenen un paper fonamental en la protecció del medi ambient, eviten l'arribada de nutrients (nitrogen i fòsfor) i altres substàncies contaminants als ecosistemes aquàtics. El sistema més utilitzat per a l'eliminació de nitrogen en les EDAR és el procés biològic de nitrificació-desnitrificació via nitrat. El rendiment dels sistemes biològics està directament relacionat amb l'estructura de la comunitat bacteriana i el seu metabolisme. En aquest treball es van monitorar les variacions temporals de les característiques fisicoquímiques de l'afluent, els paràmetres operacionals i els rendiments d'eliminació de l'amoni en 6 reactors biològics amb sistemes de fangs actius. Per a caracteritzar les comunitats involucrades en el procés de nitrificació s'han utilitzat diferents tècniques de biologia molecular: hibridació in situ amb sondes marcades amb fluoròfors (FISH), seqüenciació de segona generació Illumina i seqüenciació de tercera generació SMRT de PacBio, la qual no havia estat utilitzada fins avui per a l'anàlisi de la microbiota dels sistemes convencionals d'eliminació de nutrients. Per a valorar l'activitat de la biomassa nitrificant i de la biomassa heteròtrofa es van utilitzar tècniques respiromètriques i tècniques per a la quantificació de l'ATP d'última generació. Per a analitzar el gran volum de dades generat després de l'aplicació de les diferents tècniques, es van utilitzar tècniques estadístiques d'anàlisi multivariant, com els models de regressió lineal multivariant basats en la distància (DISTLM). Aquestes tècniques estadístiques van permetre valorar la contribució de les variables ambientals a la variabilitat observada en l'estructura de les comunitats de bacteris nitrificants, els rendiments d'eliminació del nitrogen i la seua activitat. Les tècniques moleculars emprades van permetre determinar que Nitrosomonas oligotropha, Nitrospira spp. i Nitrotoga sp resultaren les espècies responsables del procés de nitrificació en les EDAR analitzades. Les tècniques FISH i Illumnina van mostrar resultats molt similars sobre l'estructura de la població de bacteris nitrificants i van permetre detectar els biaixos de la seqüenciació SMRT de PacBio. Els models de regressió van permetre valorar la contribució dels bacteris nitrificants a l'eliminació de l'amoni i quins van ser els factors d'influència en la seua abundància en cadascuna de les EDAR. La concentració de matèria orgànica, sòlids volàtils en suspensió, la concentració d 'oxigen i la temperatura foren les variables amb més influència en l'abundància d'aquestes especies. Així mateix la càrrega de fòsfor va influir en la seua activitat. Aquest estudi va determinar que l 'aplicació ozó va causar una disminució significativa dels rendiments d 'eliminació del amoni. Aquests models van ajudar a millorar la comprensió sobre el procés de nitrificació en cadascuna de les EDAR i ressalten la importància de la dinàmica poblacional dels bacteris nitrificants en el rendiments de l 'eliminació de l 'amoni. Els resultats estableixen que les tècniques moleculars combinades amb respirometría i els models d'ordenació multivariant emprats en aquesta tesi, són una eina fiable per al monitoratge i el control del procés de nitrificació en sistemes d'eliminació biològica de nitrogen. Els resultats d'aquesta tesi suggereixen que la mesura dels sòlids suspesos volàtils actius mitjançant tècniques de determinació d'ATP de segona generació pot millorar el càlcul de les variables de disseny i control més habituals de les EDAR. / [EN] Wastewater treatment plants play an important role in environmental protection. These facilities protect aquatic ecosystems from excessive inputs of nutrients (nitrogen and phosphorous) and other pollutants. The most widespread system of nitrogen removal in wastewater treatment plants is a conventional method involving a biological nitrification-denitrification via nitrate. The efficiency of biological systems is directly related to bacterial community structure and its metabolism. In this work, the temporal variations of influent characteristics, operational parameters and ammonium removal efficiency in 6 bioreactors with activated sludge systems were monitored. To characterize the microbial communities involved in the nitrification process different molecular biology techniques were used: fluorescence in situ hybridization (FISH); second generation sequencing (Illumina), and third generation sequencing (SMRT PacBio). To assess the activity of nitrifying and heterotrophic bacteria, respirometric tests and second-generation ATP determination techniques were used. To analyse the large volume of data generated, statistical multivariate analysis techniques were used, including distance-based multivariate linear regression models (DISTLM). These statistical techniques allowed us to assess the contribution of environmental variables to the variability observed in the nitrifying community structure, in nitrogen removal performance and nitrifying activity. The molecular techniques employed determined that Nitrosomonas oligotropha, Nitrospira spp. and Nitrotoga sp. where the dominant nitrifying bacteria in the monitored WWTP. FISH and Illumnina technique showed very similar results and allowed for the detection of biases in PacBio SMRT sequencing. The regression models determined the contribution of nitrifying bacteria to ammonium oxidation and the factors influencing their abundance and activity. The main factors influencing the nitrifying bacteria abundance were organic load, volatile suspended solids concentration, dissolved oxygen and temperature. The activity of nitrifying bacteria also was influenced by phosphorous loading rate. This study revealed that ozone concentration was the main factor determining the low ammonium removal performance. These models helped to improve our understanding of the nitrification process in each WWTP and highlight the importance of nitrifying bacterial community structure in nitrogen removal performance. The results establish that the molecular techniques combined with respirometry and the multivariate ordering models used in this thesis, are a reliable tool for the monitoring and control of the nitrification process. The results of this thesis suggest that the measurement of active volatile suspended solids by means of second- generation ATP determination techniques can improve calculation of the most common design and control parameters of WWTPs. / A la Entidad de Saneamiento y Depuración de la Región de Murcia (ESAMUR) por la financiación del proyecto “Influencia de las variables operacionales y fisicoquímicas en la dinámica y estructura de la población de bacterias nitrificantes”, al Grupo de Química y Microbiología del Agua del IIAMA. A la Entidad Pública de Saneamiento de Aguas Residuales de la Comunidad Valenciana (EPSAR), por la financiación del proyecto “Estudio integrado del proceso biológico en plantas de tratamiento por fangos activos, análisis de interrelación entre los distintos componentes y optimización de métodos moleculares para la identificación de bacterias formadoras de espumas” al Grupo de Química y Microbiología del Agua del IIAMA / Barbarroja Ortiz, P. (2019). Estudio de la dinámica poblacional y actividad de los organismos nitrificantes en sistemas de depuración de aguas residuales [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/124063