SUMMARY The El Tor biotype of Vibrio cholerae is responsible for perpetuating the longest cholera pandemic in recorded history (1961-current). The genomic islands VSP-1 and -2 are two understudied genetic features that distinguish El Tor from previous pandemics. To understand their utility, we calculated the co-occurrence of VSP genes across bacterial genomes. This analysis predicted the previously uncharacterized vc0175 , herein renamed d eoxycytidylate d eaminase V ibrio ( dcdV ), is in a gene network with dncV , a cyclic GMP-AMP synthase involved in phage defense. DcdV consists of two domains, a P-loop kinase and a deoxycytidylate deaminase, that are required for the deamination of dCTP and dCMP, inhibiting phage predation by corrupting cellular nucleotide concentrations. Additionally, DcdV is post-translationally inhibited by a unique noncoding RNA encoded 5’ of the dcdV locus. DcdV homologs are conserved in bacteria and eukaryotes and our results identify V. cholerae DcdV as the founding member of a previously undescribed bacterial phage defense system.

Abstract A major challenge faced by bacteria is infection by bacteriophage (phage). Abortive infection is one strategy for combating phage in which an infected cell kills itself to limit phage replication, thus protecting neighboring kin. One class of abortive infection systems is the c yclic oligonucleotide b ased a nti-phage s ignaling s ystem (CBASS) which relies on two core enzymatic activities; an oligo-nucleotide cyclase that is activated following phage infection and a cyclic-oligo-nucleotide sensitive effector whose activity kills the infected cell. However, the mechanisms behind the deployment and activation of these lethal CBASS systems prior-to and following infection have largely remained a mystery. While exploring unique genomic features of the current pandemic Vibrio cholerae biotype El Tor for clues underlying its pandemic success we found its CBASS was spuriously activated by the folate biosynthesis inhibitor sulfamethoxazole, but only after the population had reached a high-cell density. This population density dependent activity revealed that transcription of both the oligo-nucleotide cyclase, dncV , and the CBASS phospholipase effector, capV , is enhanced at high-cell density by quorum sensing. Together, these results demonstrate that the V. cholerae CBASS is deployed when the environment is densely populated and activated in response to a perturbation in folate biosynthesis. Significance To counteract infection with phage, bacteria have evolved a myriad of molecular defense systems. Some of these systems initiate a process called abortive infection, in which the infected cell kills itself to prevent phage propagation. However, such systems must be inhibited in the absence of phage infection to prevent spurious death of the host. Here we show that the c yclic oligonucleotide b ased a nti-phage s ignaling s ystem (CBASS) accomplishes this by sensing intracellular folate molecules and only expressing this system in a group. These results enhance our understanding of the evolution of the 7 th V. cholerae pandemic and more broadly how bacteria defend themselves against phage infection.