Critical Gram-negative pathogens, like Pseudomonas, Stenotrophomonas and Burkholderia, have become resistant to most antibiotics. Complex resistance profiles together with synergistic interactions between these organisms increase the likelihood of treatment failure in distinct infection settings, for example in the lungs of cystic fibrosis patients. Here, we discover that cell envelope protein homeostasis pathways underpin both antibiotic resistance and cross-protection in CF-associated bacteria. We find that inhibition of oxidative protein folding inactivates multiple species-specific resistance proteins. Using this strategy, we sensitize multi-drug resistant Pseudomonas aeruginosa to β-lactam antibiotics and demonstrate promise of new treatment avenues for the recalcitrant pathogen Stenotrophomonas maltophilia. The same approach also inhibits cross-protection between resistant S. maltophilia and susceptible P. aeruginosa, allowing eradication of both commonly co-occurring CF-associated organisms. Our results provide the basis for the development of next-generation strategies that target antibiotic resistance, while also impairing specific interbacterial interactions that enhance the severity of polymicrobial infections.

Abstract Hospital associated infections and localised hospital outbreaks are a major challenge for infection control teams (ICTs) in hospitals around the world. Advances in artificial intelligence and infection modelling have enabled ICT teams to better predict and trace infection spread. However, it is notoriously difficult to replicate bacterial dissemination or validate prediction models in a laboratory setting due to a lack of effective in vivo models. In this work, we sought to develop Galleria mellonella as a model organism to replicate the dissemination of pathogens in a hospital intensive care unit (ICU). By combining this model organism with 3D printed models of a real hospital ICU, we are able to demonstrate that larvae do disseminate the multidrug resistant pathogen Acinetobacter baumannii within this ICU model and that it is possible to use this model to identify infection hotspots. Importantly, this model can also be used for intervention strategy testing as we also show that bacterial dissemination can be significantly mitigated by the introduction of antimicrobial wall surface coatings. This model provides a robust platform for the testing of antimicrobial surface coatings as well as the study of genetic determinants with a role in pathogen dissemination.

ABSTRACT Antimicrobial resistance in Gram-negative bacteria is one of the greatest threats to global health. New antibacterial strategies are urgently needed, and the development of antibiotic adjuvants that either neutralize resistance proteins or compromise the integrity of the cell envelope is of ever-growing interest. Most available adjuvants are only effective against specific resistance proteins. Here we demonstrate that disruption of cell envelope protein homeostasis simultaneously compromises several classes of resistance determinants. In particular, we find that impairing DsbA-mediated disulfide bond formation incapacitates diverse β-lactamases and destabilizes mobile colistin resistance enzymes. Furthermore, we show that chemical inhibition of DsbA sensitizes multidrug-resistant clinical isolates to existing antibiotics and that the absence of DsbA, in combination with antibiotic treatment, substantially increases the survival of Galleria mellonella larvae infected with multidrug- resistant Pseudomonas aeruginosa . This work lays the foundation for the development of novel antibiotic adjuvants that function as broad-acting resistance breakers. IMPACT STATEMENT Disruption of disulfide bond formation sensitizes resistant Gram- negative bacteria expressing β-lactamases and mobile colistin resistance enzymes to currently available antibiotics.

Abstract It is becoming increasingly apparent that commensal skin bacteria have an important role in wound healing and infection progression. However, the precise mechanisms underpinning many of these probiotic interactions remain to be fully uncovered. In this work, we demonstrate that the common skin commensal Cutibacterium acnes can limit the pathogenicity of the prevalent wound pathogen Pseudomonas aeruginosa in vivo. We show that this impact on pathogenicity is independent of any effect on growth, but occurs through a significant downregulation of the Type Three Secretion System (T3SS), the primary toxin secretion system utilised by P. aeruginosa in eukaryotic infection. We also show a downregulation in glucose acquisition systems, a known regulator of the T3SS, suggesting that glucose availability in a wound can influence infection progression. C. acnes is well known as a glucose fermenting organism, and we demonstrate that topically supplementing a wound with glucose reverses the probiotic effects of C. acnes . This suggests that introducing carbon source competition within the wound microenvironment may be an effective way to prevent or limit wound infection.