We have constructed a library in Escherichia coli of mutant gfp genes (encoding green fluorescent protein, GFP) expressed from a tightly regulated inducible promoter. We introduced random amino acid (aa) substitutions in the twenty aa flanking the chromophore Ser-Tyr-Gly sequence at aa 65-67. We then used fluorescence-activated cell sorting (FACS) to select variants of GFP that fluoresce between 20-and 35-fold more intensely than wild type (wt), when excited at 488 nm. Sequence analysis reveals three classes of aa substitutions in GFP. All three classes of mutant proteins have highly shifted excitation maxima. In addition, when produced in E. coli, the folding of the mutant proteins is more efficient than folding of wt GFP. These two properties contribute to a greatly increased (100-fold) fluorescence intensity, making the mutants useful for a number of applications.

Salmonella pathogenicity island 2 (SPI‐2) encodes a putative type III secretion system necessary for systemic infection in animals. We have investigated the transcriptional organization and regulation of SPI‐2 by creating gfp fusions throughout the entire gene cluster. These gfp fusions demonstrated that SPI‐2 genes encoding structural, regulatory and previously uncharacterized putative secreted proteins are preferentially expressed in the intracellular environment of the host macrophage. Furthermore, the transcription of these genes within host cells was dependent on the two‐component regulatory system SsrA/SsrB and an acidic phagosomal environment. Most SPI‐2 mutants failed to replicate to the same level as wild‐type strains in murine macrophages and human epithelial cells. In orally infected mice, SPI‐2 mutants colonized the Peyer's patches but did not progress to the mesenteric lymph nodes. We conclude that SPI‐2 genes are specifically expressed upon entry into mammalian cells and are required for intracellular growth in host cells in vivo and in vitro .

A selection strategy was devised to identify bacterial genes preferentially expressed when a bacterium associates with its host cell. Fourteen Salmonella typhimurium genes, which were under the control of at least four independent regulatory circuits, were identified to be selectively induced in host macrophages. Four genes encode virulence factors, including a component of a type III secretory apparatus. This selection methodology should be generally applicable to the identification of genes from pathogenic organisms that are induced upon association with host cells or tissues.

The ability of Salmonella typhimurium to survive and replicate within murine macrophages is dependent on a low phagosomal pH. This requirement for an acidic vacuole suggests that low pH is an important environmental stimulus for the transcription of genes necessary for intracellular survival. To study the behaviour of acid‐inducible genes in response to the phagosomal environment, we have applied a novel enrichment strategy, termed differential fluorescence induction (DFI), to screen an S . typhimurium library for promoters that are upregulated at pH 4.5. DFI utilizes a fluorescence‐enhanced green fluorescent protein (GFP) and a fluorescence‐activated cell sorter (FACS) to perform genetic selection. In the presence of an inducing stimulus, such as low pH, a FACS is used to sort highly fluorescent bacterial clones bearing random promoters fused to the mutant GFP protein (GFPmut). This population is then amplified at neutral pH and the least fluorescent population is sorted. Sequential sorts for fluorescent and non‐fluorescent bacteria in the presence or absence of inducing conditions rapidly enriches for promoter fusions that are regulated by the inducing stimulus. We have identified eight acid‐inducible promoters and quantified their expression in response to pH 4.5 and to the phagosome milieu. These acid‐inducible promoters exhibited extensive homology to promoter regions of genes encoding for cell‐surface‐maintenance enzymes, stress proteins, and generalized efflux pumps. Only a subset of these promoters was induced in macrophages with kinetics and levels of expression that do not necessarily correlate with in vitro pH‐shock induction. This suggests that while low pH is a relevant inducer of intracellular gene expression, additional stimuli in the macrophage can modulate the expression of acid‐inducible genes.

Abstract Chlamydia trachomatis is an obligate intracellular pathogen that replicates within a specialized membrane-bound compartment, called the inclusion. Chlamydia species express a unique class of effectors, Incs, which are translocated from the bacteria by a Type III secretion system and are inserted into the inclusion membrane where they modulate the host-bacterium interface. C. trachomatis repositions specific host organelles during infection to acquire nutrients and evade host cell surveillance, however the bacterial and host proteins controlling these processes are largely unknown. Here, we identify an interaction between the host dynactin complex and the C. trachomatis Inc CT192 (CTL0444), hereafter named Dre1 for D ynactin R ecruiting E ffector 1. We show that dynactin is recruited to the inclusion in a Dre1-dependent manner and that loss of Dre1 diminishes the recruitment of specific host organelles, including the centrosome, mitotic spindle, and Golgi apparatus to the inclusion. Inactivation of Dre1 results in decreased C. trachomatis fitness in cell-based assays and in a mouse model of infection. By targeting particular functions of the versatile host dynactin complex, Dre1 facilitates re-arrangement of certain organelles around the growing inclusion. Our work highlights how C. trachomatis employs a single effector to evoke specific, large-scale changes in host cell organization that establish an intracellular replicative niche without globally inhibiting host cellular function.

ABSTRACT Our understanding of how the obligate intracellular bacterium Chlamydia trachomatis reprograms the cell biology of host cells in the upper genital tract is largely based on observations made in cell culture with transformed epithelial cell lines. Here we describe a primary spherical organoid system derived from endometrial tissue to recapitulate epithelial cell diversity, polarity, and ensuing responses to Chlamydia infection. Using high-resolution and time-lapse microscopy, we catalogue the infection process in organoids from invasion to egress, including the reorganization of the cytoskeleton and positioning of intracellular organelles. We show this model is amenable to screening C. trachomatis mutants for defects in the fusion of pathogenic vacuoles, the recruitment of intracellular organelles, and inhibition of cell death. Moreover, we reconstructed a primary immune cell response by co-culturing infected organoids with neutrophils, and determined that the effector TepP limits the recruitment of neutrophils to infected organoids. Collectively, our model details a system to study the cell biology of Chlamydia infections in three dimensional structures that better reflect the diversity of cell types and polarity encountered by Chlamydia upon infection of their animal hosts. Summary statement 3D endometrial organoids to model Chlamydia infection and the role of secreted virulence factors in reprogramming host epithelial cells and immune cell recruitment

Abstract Many cellular processes are regulated by ubiquitin-mediated proteasomal degradation. Pathogens can regulate eukaryotic proteolysis through the delivery of proteins with de-ubiquitinating (DUB) activities. The obligate intracellular pathogen Chlamydia trachomatis secretes Cdu1 (ChlaDUB1), a dual deubiquitinase and Lys-acetyltransferase, that promotes Golgi remodeling and survival of infected host cells presumably by regulating the ubiquitination of host and bacterial proteins. Here we determined that Cdu1’s acetylase but not its DUB activity is important to protect Cdu1 from ubiquitin-mediated degradation. We further identified three C. trachomatis proteins on the pathogen-containing vacuole (InaC, IpaM, and CTL0480) that required Cdu1‘s acetylase activity for protection from degradation and determined that Cdu1 and these Cdu1-protected proteins are required for optimal egress of Chlamydia from host cells. These findings highlight a non-canonical mechanism of pathogen-mediated protection of virulence factors from degradation after their delivery into host cells and the coordinated regulation of secreted effector proteins.

Aim: Akkermansia are common members of the human gastrointestinal microbiota. The prevalence of these mucophilic bacteria, especially Akkermansia muciniphila (A. muciniphila ), correlates with immunological and metabolic health. The genus Akkermansia in humans includes species with significantly larger genomes than A. muciniphila , leading us to postulate that this added genetic content may influence how they impact human metabolic and immunological health. Methods: We conducted a pangenomic analysis of 234 Akkermansia complete or near-complete genomes. We also used high-resolution species and subspecies assignments to reanalyze publicly available metagenomic datasets to determine if there are relationships between Akkermansia species and A. muciniphila clades with various disease outcomes. Results: Analysis of genome-wide average nucleotide identity, 16S rRNA gene identity, conservation of core Akkermansia genes, and analysis of the fatty acid composition of representative isolates support the partitioning of the genus Akkermansia into several species. In addition, A. muciniphila sensu stricto , the most prevalent Akkermansia species in humans, should be subdivided into two subspecies. For a pediatric cohort, we observed species-specific correlations between Akkermansia abundance with baseline obesity or after various interventions. For inflammatory bowel disease cohorts, we identified a decreased abundance of Akkermansia in patients with ulcerative colitis or Crohn’s disease, which was species and subspecies-dependent. In patients undergoing immune checkpoint inhibitor therapies for non-small cell lung carcinoma, we observed a significant association between one A. muciniphila subspecies and survival outcomes. Conclusion: Our findings suggest that the prevalence of specific Akkermansia species and/or subspecies can be crucial in evaluating their association with human health, particularly in different disease contexts, and is an important consideration for their use as probiotics.

ABSTRACT The obligate intracellular bacterium Chlamydia trachomatis inserts into the membrane of its vacuole (the inclusion) a family of poorly characterized Inc proteins. While the Inc CpoS was recently revealed as a critical suppressor of host cellular immune surveillance, the underlying mechanism remained unknown. By complementing a cpoS mutant with modified variants of CpoS, we found that CpoS blocks distinct cellular defense responses through distinct mechanisms. Specifically, we show that the ability of CpoS to interact with Rab GTPases is not only instrumental to its ability to mediate lipid transport to the inclusion, but also key to CpoS-mediated inhibition of type I interferon responses. Indeed, depletion of Rab35 can phenocopy the respective defect of the cpoS mutant. Unexpectedly, we found that CpoS is also essential for the formation of inclusion microdomains that control the spatial organization of multiple Incs involved in signaling and modulation of the host cellular cytoskeleton. Overall, our findings highlight the modulation of membrane trafficking as a pathogenic immune evasion strategy and the role of Inc-Inc interactions in shaping the inclusion microenvironment.