Abstract Despite advances in sequencing technologies that enable a greater understanding of mammalian gut microbiome composition, our ability to determine a role for individual strains is hampered by our inability to isolate, culture and study such microbes. Here we describe highly unusual Clostridium XIVa group strains isolated from the murine gut. Genome sequencing indicates that these strains, Clostridium symbiosum LM19B and LM19R and Clostridium clostridioforme LM41 and LM42, have significantly larger genomes than most closely related strains. Genomic evidence indicates that the isolated LM41 and LM42 strains diverge from most other Clostridium XIVa strains and supports reassignment of these groups at genus-level. We attribute increased C. clostridioforme LM41 and LM42 genome size to acquisition of mobile genetic elements including dozens of prophages, integrative elements, putative group II introns and numerous transposons including 29 identical copies of the IS66 transposase, and a very large 192 Kb plasmid. antiSmash analysis determines a greater number of biosynthetic gene clusters within LM41 and LM42 than in related strains, encoding a diverse array of potential novel antimicrobial compounds. Together these strains highlight the potential untapped microbial diversity that remains to be discovered within the gut microbiome and indicate that, despite our ability to get a top down view of microbial diversity, we remain significantly blinded to microbe capabilities at the strain level.

Abstract Infection by Campylobacter is recognised as the most common cause of foodborne bacterial illness worldwide. Faecal contamination of meat, especially chicken, during processing represents a key route of transmission to humans. There is currently no licenced vaccine and no Campylobacter -resistant chickens. In addition, preventative measures aimed at reducing environmental contamination and exposure of chickens to Campylobacter jejuni (biosecurity) have been ineffective. There is much interest in the factors/mechanisms that drive C. jejuni colonisation and infection of animals, and survival in the environment. It is anticipated that understanding these mechanisms will guide the development of effective intervention strategies to reduce the burden of C. jejuni infection. Here we present a comprehensive analysis of C. jejuni fitness during growth and survival within and outside hosts. A comparative analysis of transposon (Tn) gene inactivation libraries in three C. jejuni strains by Tn-seq demonstrated that a large proportion, 331 genes, of the C. jejuni genome is dedicated to ( in vitro ) growth. An extensive Tn library in C. jejuni M1cam (~10,000 mutants) was screened for the colonisation of commercial broiler chickens, survival in houseflies and under nutrient-rich and–poor conditions at low temperature, and infection of human gut epithelial cells. We report C. jejuni factors essential throughout its life cycle and we have identified genes that fulfil important roles across multiple conditions, including maf3, fliW, fliD, pflB and capM , as well as novel genes uniquely implicated in survival outside hosts. Taking a comprehensive screening approach has confirmed previous studies, that the flagella are central to the ability of C. jejuni to interact with its hosts. Future efforts should focus on how to exploit this knowledge to effectively control infections caused by C. jejuni . Author Summary Campylobacter jejuni is the leading bacterial cause of human diarrhoeal disease. C. jejuni encounters and has to overcome a wide range of “stress” conditions whilst passing through the gastrointestinal tract of humans and other animals, during processing of food products, on/in food and in the environment. We have taken a comprehensive approach to understand the basis of C. jejuni growth and within/outside host survival, with the aim to inform future development of intervention strategies. Using a genome-wide transposon gene inactivation approach we identified genes core to the growth of C. jejuni . We also determined genes that were required during the colonisation of chickens, survival in the housefly and under nutrient-rich and –poor conditions at low temperature, and during interaction with human gut epithelial tissue culture cells. This study provides a comprehensive dataset linking C. jejuni genes to growth and survival in models relevant to its life cycle. Genes important across multiple models were identified as well as genes only required under specific conditions. We identified that a large proportion of the C. jejuni genome is dedicated to growth and that the flagella fulfil a prominent role in the interaction with hosts. Our data will aid development of effective control strategies.

Genome sequencing of

Abstract Genome sequencing of Clostridium clostridioforme strain LM41 revealed the presence of an atypically high proportion of mobile genetic elements for this species, with a particularly high abundance of prophages. Bioinformatic analysis of prophage sequences sought to characterise these elements and identify prophage-linked genes contributing to enhanced fitness of the host bacteria in the dysbiotic gut. This work has identified 15 prophages, of which 4 are predicted to be intact, 2 are predicted to be defective, and 9 are unclassified. qPCR analysis revealed spontaneous release of four of the LM41 prophages into the culture supernatant, the majority of which had morphology akin to podoviruses when visualised using Transmission Electron Microscopy. We observed diversity in the lysogeny mechanisms utilised by the prophages, with examples of the classical λ-like CI/Cro system, the ICE Bs 1 ImmR/ImmA-like system, and the Mu-like C/Ner system. Classical morons, such as toxins or immune evasion factors, were not observed. We did, however, identify a variety of genes with roles in mediating restriction modification and genetic diversity, as well as some candidate genes with potential roles in host adaptation. Despite being the most abundant entities in the intestine, there is a dearth of information about phages associated with members of the microbiome. This work begins to shed light on the contribution of these elements to the lifestyle of C. clostridioforme LM41.

Abstract Lysogenic induction ends the stable association between a bacteriophage and its host, and the transition to the lytic cycle begins with prophage e xcision followed by DNA r eplication and p ackaging (ERP) – a temporal program that is considered universal for most temperate phages. Here we report that the long-standing ERP program is an artefact of the experimentally favoured Salmonella phage P22 ts c 2 29 heat-inducible mutant, and that wildtype P22 actually follows a replication-packaging-excision (RPE) program. We found that unlike P22 ts c 2 29 , P22 delayed excision to just before it was detrimental to phage production. Thus, at minimal expense to itself, P22 has tuned the timing of excision to balance propagation with lateral transduction, powering the evolution of its host through gene transfer in the interest of self-preservation. One Sentence Summary Genetic analyses propose a new life cycle for temperate bacteriophages.