Significance The global burden of antibiotic resistance has created a demand to better understand the basic mechanisms of existing antibiotics. Of significant interest is how antibiotics may perturb bacterial metabolism, and how bacterial metabolism may influence antibiotic activity. Here, we study the interaction of bacteriostatic and bactericidal antibiotics, the two major phenotypic drug classes. Interestingly, the two classes differentially perturb bacterial cellular respiration, with major consequences for their intrinsic activity both alone and in combination. Of note, bacteriostatic antibiotics decelerate cellular respiration, generating a metabolic state that is prohibitive to killing. Further, we show that the efficacy of bactericidal drugs can be improved by increasing basal respiration, and we identify a respiration-related drug target that potentiates the activity of bactericidal antibiotics.

Abstract Single-cell genomics is essential to chart tumor ecosystems. Although single-cell RNA-Seq (scRNA-Seq) profiles RNA from cells dissociated from fresh tumors, single-nucleus RNA-Seq (snRNA-Seq) is needed to profile frozen or hard-to-dissociate tumors. Each requires customization to different tissue and tumor types, posing a barrier to adoption. Here, we have developed a systematic toolbox for profiling fresh and frozen clinical tumor samples using scRNA-Seq and snRNA-Seq, respectively. We analyzed 216,490 cells and nuclei from 40 samples across 23 specimens spanning eight tumor types of varying tissue and sample characteristics. We evaluated protocols by cell and nucleus quality, recovery rate and cellular composition. scRNA-Seq and snRNA-Seq from matched samples recovered the same cell types, but at different proportions. Our work provides guidance for studies in a broad range of tumors, including criteria for testing and selecting methods from the toolbox for other tumors, thus paving the way for charting tumor atlases.

Understanding how antibiotics impact bacterial metabolism may provide insight into their mechanisms of action and could lead to enhanced therapeutic methodologies. Here, we profiled the metabolome of Escherichia coli after treatment with three different classes of bactericidal antibiotics (β-lactams, aminoglycosides, quinolones). These treatments induced a similar set of metabolic changes after 30 min that then diverged into more distinct profiles at later time points. The most striking changes corresponded to elevated concentrations of central carbon metabolites, active breakdown of the nucleotide pool, reduced lipid levels, and evidence of an elevated redox state. We examined potential end-target consequences of these metabolic perturbations and found that antibiotic-treated cells exhibited cytotoxic changes indicative of oxidative stress, including higher levels of protein carbonylation, malondialdehyde adducts, nucleotide oxidation, and double-strand DNA breaks. This work shows that bactericidal antibiotics induce a complex set of metabolic changes that are correlated with the buildup of toxic metabolic by-products.

Malignant abdominal fluid (ascites) frequently develops in women with advanced high-grade serous ovarian cancer (HGSOC) and is associated with drug resistance and a poor prognosis1. To comprehensively characterize the HGSOC ascites ecosystem, we used single-cell RNA sequencing to profile ~11,000 cells from 22 ascites specimens from 11 patients with HGSOC. We found significant inter-patient variability in the composition and functional programs of ascites cells, including immunomodulatory fibroblast sub-populations and dichotomous macrophage populations. We found that the previously described immunoreactive and mesenchymal subtypes of HGSOC, which have prognostic implications, reflect the abundance of immune infiltrates and fibroblasts rather than distinct subsets of malignant cells2. Malignant cell variability was partly explained by heterogeneous copy number alteration patterns or expression of a stemness program. Malignant cells shared expression of inflammatory programs that were largely recapitulated in single-cell RNA sequencing of ~35,000 cells from additionally collected samples, including three ascites, two primary HGSOC tumors and three patient ascites-derived xenograft models. Inhibition of the JAK/STAT pathway, which was expressed in both malignant cells and cancer-associated fibroblasts, had potent anti-tumor activity in primary short-term cultures and patient-derived xenograft models. Our work contributes to resolving the HSGOC landscape3–5 and provides a resource for the development of novel therapeutic approaches. Single-cell transcriptomics analysis of malignant ascites samples from patients with high-grade serous ovarian cancer reveals inter- and intra-patient heterogeneity in malignant cells, cancer-associated fibroblasts and macrophages.

Chimeric antigen receptor-modified T cells (CAR T cells) produce proinflammatory cytokines that increase expression of T-cell checkpoint signals such as PD-L1, which may inhibit their functionality against solid tumors. In this study, we evaluated in human tumor xenograft models the proinflammatory properties of an oncolytic adenovirus (Onc.Ad) with a helper-dependent Ad (HDAd) that expresses a PD-L1 blocking mini-antibody (mini-body; HDPDL1) as a strategy to enhance CAR T-cell killing. Coadministration of these agents (CAd-VECPDL1) exhibited oncolytic effects with production of PD-L1 mini-body locally at the tumor site. On their own, HDPDL1 exhibited no antitumor effect and CAd-VECPDL1 alone reduced tumors only to volumes comparable to Onc.Ad treatment. However, combining CAd-VECPDL1 with HER2.CAR T cells enhanced antitumor activity compared with treatment with either HER2.CAR T cells alone or HER2.CAR T cells plus Onc.Ad. The benefits of locally produced PD-L1 mini-body by CAd-VECPDL1 could not be replicated by infusion of anti-PD-L1 IgG plus HER2.CAR T cells and coadministration of Onc.Ad in an HER2+ prostate cancer xenograft model. Overall, our data document the superiority of local production of PD-L1 mini-body by CAd-VECPDL1 combined with administration of tumor-directed CAR T cells to control the growth of solid tumors. Cancer Res; 77(8); 2040-51. ©2017 AACR.