ABSTRACT Type VI Secretion Systems (T6SS) are widespread in bacteria and can dictate the development and organisation of polymicrobial ecosystems by mediating contact dependent killing. In Neisseria species, including Neisseria cinerea a commensal of the human respiratory tract, interbacterial contacts are mediated by Type four pili (Tfp) which promote formation of aggregates and govern the spatial dynamics of growing Neisseria microcolonies. Here we show that N. cinerea expresses a plasmid-encoded T6SS that is active and can limit growth of related pathogens. We explored the impact of Tfp expression on N. cinerea T6SS-dependent killing and show that expression of Tfp by prey strains enhances their susceptibility to T6SS, by keeping them in close proximity of T6SS-wielding attacker strains. Our findings have important implications for understanding how spatial constraints during contact-dependent antagonism can shape the evolution of microbial communities.

The constant arms race between bacteria and their phages has resulted in a large diversity of bacterial defence systems, with many bacteria carrying several systems. In response, phages often carry counter-defence genes. If and how bacterial defence mechanisms interact to protect against phages with counter-defence genes remains unclear. Here, we report the existence of a novel defence system, coined MADS (Methylation Associated Defence System), which is located in a strongly conserved genomic defence hotspot in Pseudomonas aeruginosa and distributed across Gram-positive and Gram-negative bacteria. We find that the natural co-existence of MADS and a Type IE CRISPR-Cas adaptive immune system in the genome of P. aeruginosa SMC4386 provides synergistic levels of protection against phage DMS3, which carries an anti-CRISPR (acr) gene. Previous work has demonstrated that Acr-phages need to cooperate to overcome CRISPR immunity, with a first sacrificial phage causing host immunosuppression to enable successful secondary phage infections. Modelling and experiments show that the co-existence of MADS and CRISPR-Cas provides strong and durable protection against Acr-phages by disrupting their cooperation and limiting the spread of mutants that overcome MADS. These data reveal that combining bacterial defences can robustly neutralise phage with counter-defence genes, even if each defence on its own can be readily by-passed, which is key to understanding how selection acts on defence combinations and their coevolutionary consequences.

Where there are bacteria, there will be bacteriophages. These viruses are known to be important players in shaping the wider microbial community in which they are embedded, with potential implications for human health. On the other hand, bacteria possess a range of distinct immune mechanisms that provide protection against bacteriophages, including the mutation or complete loss of the phage receptor, and CRISPR-Cas adaptive immunity. Yet little is known about how interactions between phages and these different phage resistance mechanisms affect the wider microbial community in which they are embedded. Here, we conducted a 10-day, fully factorial evolution experiment to examine how phage impact the structure and dynamics of an artificial four-species bacterial community that includes either Pseudomonas aeruginosa wild type or an isogenic mutant unable to evolve phage resistance through CRISPR-Cas. Our results show that the microbial community structure is drastically altered by the addition of phage, with Acinetobacter baumannii becoming the dominant species and P. aeruginosa being driven nearly extinct, whereas P. aeruginosa outcompetes the other species in the absence of phage. Moreover, we find that a P. aeruginosa strain with the ability to evolve CRISPRbased resistance generally does better when in the presence of A. baumannii, but that this benefit is largely lost over time as phage is driven extinct. Combined, our data highlight how phage-targeting a dominant species allows for the competitive release of the strongest competitor whilst also contributing to community diversity maintenance and potentially preventing the reinvasion of the target species, and underline the importance of mapping community composition before therapeutically applying phage.