ABSTRACT A multilocus sequence typing (MLST) scheme was developed for Klebsiella pneumoniae . Sequences of seven housekeeping genes were obtained for 67 K. pneumoniae strains, including 19 ceftazidime- and ciprofloxacin-resistant isolates. Forty distinct allelic profiles were identified. MLST data were validated against ribotyping and showed high (96%) discriminatory power. The MLST approach provides unambiguous data useful for the epidemiology of K. pneumoniae isolates.

Background A chikungunya virus outbreak of unprecedented magnitude is currently ongoing in Indian Ocean territories. In Réunion Island, this alphavirus has already infected about one-third of the human population. The main clinical symptom of the disease is a painful and invalidating poly-arthralgia. Besides the arthralgic form, 123 patients with a confirmed chikungunya infection have developed severe clinical signs, i.e., neurological signs or fulminant hepatitis. Methods and Findings We report the nearly complete genome sequence of six selected viral isolates (isolated from five sera and one cerebrospinal fluid), along with partial sequences of glycoprotein E1 from a total of 127 patients from Réunion, Seychelles, Mauritius, Madagascar, and Mayotte islands. Our results indicate that the outbreak was initiated by a strain related to East-African isolates, from which viral variants have evolved following a traceable microevolution history. Unique molecular features of the outbreak isolates were identified. Notably, in the region coding for the non-structural proteins, ten amino acid changes were found, four of which were located in alphavirus-conserved positions of nsP2 (which contains helicase, protease, and RNA triphosphatase activities) and of the polymerase nsP4. The sole isolate obtained from the cerebrospinal fluid showed unique changes in nsP1 (T301I), nsP2 (Y642N), and nsP3 (E460 deletion), not obtained from isolates from sera. In the structural proteins region, two noteworthy changes (A226V and D284E) were observed in the membrane fusion glycoprotein E1. Homology 3D modelling allowed mapping of these two changes to regions that are important for membrane fusion and virion assembly. Change E1-A226V was absent in the initial strains but was observed in >90% of subsequent viral sequences from Réunion, denoting evolutionary success possibly due to adaptation to the mosquito vector. Conclusions The unique molecular features of the analyzed Indian Ocean isolates of chikungunya virus demonstrate their high evolutionary potential and suggest possible clues for understanding the atypical magnitude and virulence of this outbreak.

Significance Klebsiella pneumoniae is rapidly becoming untreatable using last-line antibiotics. It is especially problematic in hospitals, where it causes a range of acute infections. To approach controlling such a bacterium, we first must define what it is and how it varies genetically. Here we have determined the DNA sequence of K . pneumoniae isolates from around the world and present a detailed analysis of these data. We show that there is a wide spectrum of diversity, including variation within shared sequences and gain and loss of whole genes. Using this detailed blueprint, we show that there is an unrecognized association between the possession of specific gene profiles associated with virulence and antibiotic resistance and the differing disease outcomes seen for K . pneumoniae .

For bacterial typing to be useful, the development, validation and appropriate application of typing methods must follow unified criteria. Over a decade ago, ESGEM, the ESCMID (Europen Society for Clinical Microbiology and Infectious Diseases) Study Group on Epidemiological Markers, produced guidelines for optimal use and quality assessment of the then most frequently used typing procedures. We present here an update of these guidelines, taking into account the spectacular increase in the number and quality of typing methods made available over the past decade. Newer and older, phenotypic and genotypic methods for typing of all clinically relevant bacterial species are described according to their principles, advantages and disadvantages. Criteria for their evaluation and application and the interpretation of their results are proposed. Finally, the issues of reporting, standardisation, quality assessment and international networks are discussed. It must be emphasised that typing results can never stand alone and need to be interpreted in the context of all available epidemiological, clinical and demographical data relating to the infectious disease under investigation. A strategic effort on the part of all workers in the field is thus mandatory to combat emerging infectious diseases, as is financial support from national and international granting bodies and health authorities.

Outbreaks of hospital infections caused by multidrug resistant Acinetobacter baumannii strains are of increasing concern worldwide. Although it has been reported that particular outbreak strains are geographically widespread, little is known about the diversity and phylogenetic relatedness of A. baumannii clonal groups. Sequencing of internal portions of seven housekeeping genes (total 2,976 nt) was performed in 154 A. baumannii strains covering the breadth of known diversity and including representatives of previously recognized international clones, and in 19 representatives of other Acinetobacter species. Restricted amounts of diversity and a star-like phylogeny reveal that A. baumannii is a genetically compact species that suffered a severe bottleneck in the recent past, possibly linked to a restricted ecological niche. A. baumannii is neatly demarcated from its closest relative (genomic species 13TU) and other Acinetobacter species. Multilocus sequence typing analysis demonstrated that the previously recognized international clones I to III correspond to three clonal complexes, each made of a central, predominant genotype and few single locus variants, a hallmark of recent clonal expansion. Whereas antimicrobial resistance was almost universal among isolates of these and a novel international clone (ST15), isolates of the other genotypes were mostly susceptible. This dichotomy indicates that antimicrobial resistance is a major selective advantage that drives the ongoing rapid clonal expansion of these highly problematic agents of nosocomial infections.

The highly successful human pathogen Mycobacterium tuberculosis has an extremely low level of genetic variation, which suggests that the entire population resulted from clonal expansion following an evolutionary bottleneck around 35,000 y ago. Here, we show that this population constitutes just the visible tip of a much broader progenitor species, whose extant representatives are human isolates of tubercle bacilli from East Africa. In these isolates, we detected incongruence among gene phylogenies as well as mosaic gene sequences, whose individual elements are retrieved in classical M. tuberculosis. Therefore, despite its apparent homogeneity, the M. tuberculosis genome appears to be a composite assembly resulting from horizontal gene transfer events predating clonal expansion. The amount of synonymous nucleotide variation in housekeeping genes suggests that tubercle bacilli were contemporaneous with early hominids in East Africa, and have thus been coevolving with their human host much longer than previously thought. These results open novel perspectives for unraveling the molecular bases of M. tuberculosis evolutionary success.

Salmonella enterica subspecies enterica is traditionally subdivided into serovars by serological and nutritional characteristics. We used Multilocus Sequence Typing (MLST) to assign 4,257 isolates from 554 serovars to 1092 sequence types (STs). The majority of the isolates and many STs were grouped into 138 genetically closely related clusters called eBurstGroups (eBGs). Many eBGs correspond to a serovar, for example most Typhimurium are in eBG1 and most Enteritidis are in eBG4, but many eBGs contained more than one serovar. Furthermore, most serovars were polyphyletic and are distributed across multiple unrelated eBGs. Thus, serovar designations confounded genetically unrelated isolates and failed to recognize natural evolutionary groupings. An inability of serotyping to correctly group isolates was most apparent for Paratyphi B and its variant Java. Most Paratyphi B were included within a sub-cluster of STs belonging to eBG5, which also encompasses a separate sub-cluster of Java STs. However, diphasic Java variants were also found in two other eBGs and monophasic Java variants were in four other eBGs or STs, one of which is in subspecies salamae and a second of which includes isolates assigned to Enteritidis, Dublin and monophasic Paratyphi B. Similarly, Choleraesuis was found in eBG6 and is closely related to Paratyphi C, which is in eBG20. However, Choleraesuis var. Decatur consists of isolates from seven other, unrelated eBGs or STs. The serological assignment of these Decatur isolates to Choleraesuis likely reflects lateral gene transfer of flagellar genes between unrelated bacteria plus purifying selection. By confounding multiple evolutionary groups, serotyping can be misleading about the disease potential of S. enterica. Unlike serotyping, MLST recognizes evolutionary groupings and we recommend that Salmonella classification by serotyping should be replaced by MLST or its equivalents.

Listeria monocytogenes (Lm) is a major human foodborne pathogen. Numerous Lm outbreaks have been reported worldwide and associated with a high case fatality rate, reinforcing the need for strongly coordinated surveillance and outbreak control. We developed a universally applicable genome-wide strain genotyping approach and investigated the population diversity of Lm using 1,696 isolates from diverse sources and geographical locations. We define, with unprecedented precision, the population structure of Lm, demonstrate the occurrence of international circulation of strains and reveal the extent of heterogeneity in virulence and stress resistance genomic features among clinical and food isolates. Using historical isolates, we show that the evolutionary rate of Lm from lineage I and lineage II is low (∼2.5 × 10−7 substitutions per site per year, as inferred from the core genome) and that major sublineages (corresponding to so-called ‘epidemic clones’) are estimated to be at least 50–150 years old. This work demonstrates the urgent need to monitor Lm strains at the global level and provides the unified approach needed for global harmonization of Lm genome-based typing and population biology. Phylogenetic analysis defines the population and transmission structure of Listeria monocytogenes isolates and creates a global framework for epidemiological surveillance.Phylogenetic analysis defines the population and transmission structure of Listeria monocytogenes isolates and creates a global framework for epidemiological surveillance.

Microbial pathogenesis studies are typically performed with reference strains, thereby overlooking within-species heterogeneity in microbial virulence. Here we integrated human epidemiological and clinical data with bacterial population genomics to harness the biodiversity of the model foodborne pathogen Listeria monocytogenes and decipher the basis of its neural and placental tropisms. Taking advantage of the clonal structure of this bacterial species, we identify clones epidemiologically associated either with food or with human central nervous system (CNS) or maternal-neonatal (MN) listeriosis. The latter clones are also most prevalent in patients without immunosuppressive comorbidities. Strikingly, CNS- and MN-associated clones are hypervirulent in a humanized mouse model of listeriosis. By integrating epidemiological data and comparative genomics, we have uncovered multiple new putative virulence factors and demonstrate experimentally the contribution of the first gene cluster mediating L. monocytogenes neural and placental tropisms. This study illustrates the exceptional power in harnessing microbial biodiversity to identify clinically relevant microbial virulence attributes.

Listeria monocytogenes is a model organism for cellular microbiology and host–pathogen interaction studies and an important food-borne pathogen widespread in the environment, thus representing an attractive model to study the evolution of virulence. The phylogenetic structure of L. monocytogenes was determined by sequencing internal portions of seven housekeeping genes (3,288 nucleotides) in 360 representative isolates. Fifty-eight of the 126 disclosed sequence types were grouped into seven well-demarcated clonal complexes (clones) that comprised almost 75% of clinical isolates. Each clone had a unique or dominant serotype (4b for clones 1, 2 and 4, 1/2b for clones 3 and 5, 1/2a for clone 7, and 1/2c for clone 9), with no association of clones with clinical forms of human listeriosis. Homologous recombination was extremely limited (r/m<1 for nucleotides), implying long-term genetic stability of multilocus genotypes over time. Bayesian analysis based on 438 SNPs recovered the three previously defined lineages, plus one unclassified isolate of mixed ancestry. The phylogenetic distribution of serotypes indicated that serotype 4b evolved once from 1/2b, the likely ancestral serotype of lineage I. Serotype 1/2c derived once from 1/2a, with reference strain EGDe (1/2a) likely representing an intermediate evolutionary state. In contrast to housekeeping genes, the virulence factor internalin (InlA) evolved by localized recombination resulting in a mosaic pattern, with convergent evolution indicative of natural selection towards a truncation of InlA protein. This work provides a reference evolutionary framework for future studies on L. monocytogenes epidemiology, ecology, and virulence.