ABSTRACT The ability of Acinetobacter baumannii to adhere to and persist on surfaces as biofilms could be central to its pathogenicity. The production of pili and a biofilm-associated protein and the expression of antibiotic resistance are needed for robust biofilm formation on abiotic and biotic surfaces. This multistep process also depends on the expression of transcriptional regulatory functions, some of which could sense nutrients available to cells. This report extends previous observations by showing that although outer membrane protein A (OmpA) of A. baumannii 19606 plays a partial role in the development of robust biofilms on plastic, it is essential for bacterial attachment to Candida albicans filaments and A549 human alveolar epithelial cells. In contrast to abiotic surfaces, the interaction with biotic surfaces is independent of the CsuA/BABCDE-mediated pili. The interaction of A. baumannii 19606 with fungal and epithelial cells also results in their apoptotic death, a response that depends on the direct contact of bacteria with these two types of eukaryotic cells. Furthermore, the bacterial adhesion phenotype correlates with the ability of bacteria to invade A549 epithelial cells. Interestingly, the killing activity of cell-free culture supernatants proved to be protease and temperature sensitive, suggesting that its cytotoxic activity is due to secreted proteins, some of which are different from OmpA.

Acinetobacter baumannii is a Gram-negative opportunistic nosocomial pathogen. This microorganism survives in hospital environments despite unfavorable conditions such as desiccation, nutrient starvation and antimicrobial treatments. It is hypothesized that its ability to persist in these environments, as well as its virulence, is a result of its capacity to form biofilms. A. baumannii forms biofilms on abiotic surfaces such as polystyrene and glass as well as biotic surfaces such as epithelial cells and fungal filaments. Pili assembly and production of the Bap surface-adhesion protein play a role in biofilm initiation and maturation after initial attachment to abiotic surfaces. Furthermore, the adhesion and biofilm phenotypes of some clinical isolates seem to be related to the presence of broad-spectrum antibiotic resistance. The regulation of the formation and development of these biofilms is as diverse as the surfaces on which this bacterium persists and as the cellular components that participate in this programmed multistep process. The regulatory processes associated with biofilm formation include sensing of bacterial cell density, the presence of different nutrients and the concentration of free cations available to bacterial cells. Some of these extracellular signals may be sensed by two-component regulatory systems such as BfmRS. This transcriptional regulatory system activates the expression of the usher-chaperone assembly system responsible for the production of pili, needed for cell attachment and biofilm formation on polystyrene surfaces. However, such a system is not required for biofilm formation on abiotic surfaces when cells are cultured in chemically defined media. Interestingly, the BfmRS system also controls cell morphology under particular culture conditions.

Acinetobacter baumannii , which causes serious infections in immunocompromised patients, expresses high-affinity iron acquisition functions needed for growth under iron-limiting laboratory conditions. In this study, we determined that the initial interaction of the ATCC 19606 T type strain with A549 human alveolar epithelial cells is independent of the production of BasD and BauA, proteins needed for acinetobactin biosynthesis and transport, respectively. In contrast, these proteins are required for this strain to persist within epithelial cells and cause their apoptotic death. Infection assays using Galleria mellonella larvae showed that impairment of acinetobactin biosynthesis and transport functions significantly reduces the ability of ATCC 19606 T cells to persist and kill this host, a defect that was corrected by adding inorganic iron to the inocula. The results obtained with these ex vivo and in vivo approaches were validated using a mouse sepsis model, which showed that expression of the acinetobactin-mediated iron acquisition system is critical for ATCC 19606 T to establish an infection and kill this vertebrate host. These observations demonstrate that the virulence of the ATCC 19606 T strain depends on the expression of a fully active acinetobactin-mediated system. Interestingly, the three models also showed that impairment of BasD production results in an intermediate virulence phenotype compared to those of the parental strain and the BauA mutant. This observation suggests that acinetobactin intermediates or precursors play a virulence role, although their contribution to iron acquisition is less relevant than that of mature acinetobactin.

ABSTRACT With sparse treatment options, cardiac disease remains a significant cause of death among humans. As a person ages, mitochondria break down and the heart becomes less efficient. Heart failure is linked to many mitochondria-associated processes, including endoplasmic reticulum stress, mitochondrial bioenergetics, insulin signaling, autophagy, and oxidative stress. The roles of key mitochondrial complexes that dictate the ultrastructure, such as the mitochondrial contact site and cristae organizing system (MICOS), in aging cardiac muscle are poorly understood. To better understand the cause of age-related alteration in mitochondrial structure in cardiac muscle, we used transmission electron microscopy (TEM) and serial block facing-scanning electron microscopy (SBF-SEM) to quantitatively analyze the 3D networks in cardiac muscle samples of male mice at aging intervals of 3 months, 1 year, and 2 years. Here, we present the loss of cristae morphology, the inner folds of the mitochondria, across age. In conjunction with this, the 3D volume of mitochondria decreased. These findings mimicked observed phenotypes in murine cardiac fibroblasts with CRISPR/Cas9 knockout of Mitofilin, Chchd3, Chchd6 (some members of the MICOS complex), and Opa1 , which showed poorer oxidative consumption rate and mitochondria with decreased mitochondrial length and volume. In combination, these data show the need to explore if loss of the MICOS complex in the heart may be involved in age-associated mitochondrial and cristae structural changes.

ABSTRACT Background During aging, muscle gradually undergoes loss of function including sarcopenia, losing mass, strength, endurance, and oxidative capacity. While mitochondrial aging is associated with decreased mitochondrial capacity, the genes associated with morphological changes in mitochondria during aging still require further elucidation. Furthermore, it is not completely understood how 3D mitochondrial structures are altered during aging in skeletal muscle and cardiac tissues. Methods We measured changes in mitochondrial morphology and mitochondrial complexity during the aging of murine gastrocnemius, soleus, and cardiac tissues using serial block face- scanning electron microscopy and 3D reconstruction. Lipidomic and metabolomic analysis elucidated concomitant changes associated with aging. We also used qPCR, transmission electron microscopy quantification, Seahorse Analyzer, and metabolomics to evaluate changes in mitochondria morphology and function upon loss of the MICOS complex. Results We identified significant changes in 3D mitochondrial size and network configuration in murine gastrocnemius, soleus, and cardiac tissue during aging. These changes were concomitant with loss of mitochondria contact site and cristae organizing system (MICOS) gene expression during aging. Mitochondrial morphology was similar between aged mice and young mice. We show an age-related loss of the MICOS complex (Chchd3, chchd6, and Mitofilin) while their knockout results in alterations in mitochondrial morphology. Given the critical role of mitochondria in maintaining cellular metabolism, we perform cellular metabolic profiling of young and aged tissues. Metabolomics and lipidomics showed profound alterations, including in membrane integrity, that support our observations of age-related changes in these muscle tissues. Discussion In tandem, our data suggest a relationship between the MICOS complex and aging, which could be linked to disease states with further 3D reconstruction studies. Our study highlights the importance of understanding tissue-dependent 3D mitochondrial phenotypical changes which occur across aging with evolutionary conservation between Drosophila and murine models. Graphical Abstract

Abstract The physical characteristics of brown adipose tissue (BAT) are defined by the presence of multilocular lipid droplets (LDs) within the brown adipocytes and a high abundance of iron‐containing mitochondria, which give it its characteristic color. Normal mitochondrial function is, in part, regulated by organelle‐to‐organelle contacts. For example, the contact sites that mediate mitochondria–LD interactions are thought to have various physiological roles, such as the synthesis and metabolism of lipids. Aging is associated with mitochondrial dysfunction, and previous studies show that there are changes in mitochondrial structure and the proteins that modulate organelle contact sites. However, how mitochondria–LD interactions change with aging has yet to be fully clarified. Therefore, we sought to define age‐related changes in LD morphology and mitochondria–lipid interactions in BAT. We examined the three‐dimensional morphology of mitochondria and LDs in young (3‐month) and aged (2‐year) murine BAT using serial block face‐scanning electron microscopy and the Amira program for segmentation, analysis, and quantification. Our analyses showed reductions in LD volume, area, and perimeter in aged samples in comparison to young samples. Additionally, we observed changes in LD appearance and type in aged samples compared to young samples. Notably, we found differences in mitochondrial interactions with LDs, which could implicate that these contacts may be important for energetics in aging. Upon further investigation, we also found changes in mitochondrial and cristae structure for the mitochondria interacting with LDs. Overall, these data define the nature of LD morphology and organelle–organelle contacts during aging and provide insight into LD contact site changes that interconnect biogerontology with mitochondrial function, metabolism, and bioactivity in aged BAT.

ABSTRACT The kidney filters nutrient waste and bodily fluids from the bloodstream, in addition to secondary functions of metabolism and hormone secretion, requiring an astonishing amount of energy to maintain its functions. In kidney cells, mitochondria produce adenosine triphosphate (ATP) and help maintain kidney function. Due to aging, the efficiency of kidney functions begins to decrease. Dysfunction in mitochondria and cristae, the inner folds of mitochondria, is a hallmark of aging. Therefore, age-related kidney function decline could be due to changes in mitochondrial ultrastructure, increased reactive oxygen species (ROS), and subsequent alterations in metabolism and lipid composition. We sought to understand if there is altered mitochondrial ultrastructure, as marked by 3D morphological changes, across time in tubular kidney cells. Serial block facing-scanning electron microscope (SBF-SEM) and manual segmentation using the Amira software were used to visualize murine kidney samples during the aging process at 3 months (young) and 2 years (old). We found that 2-year mitochondria are more fragmented, compared to the 3-month, with many uniquely shaped mitochondria observed across aging, concomitant with shifts in ROS, metabolomics, and lipid homeostasis. Furthermore, we show that the mitochondrial contact site and cristae organizing system (MICOS) complex is impaired in the kidney due to aging. Disruption of the MICOS complex shows altered mitochondrial calcium uptake and calcium retention capacity, as well as generation of oxidative stress. We found significant, detrimental structural changes to aged kidney tubule mitochondria suggesting a potential mechanism underlying why kidney diseases occur more readily with age. We hypothesize that disruption in the MICOS complex further exacerbates mitochondrial dysfunction, creating a vicious cycle of mitochondrial degradation and oxidative stress, thus impacting kidney health. Translational Statement Due to aging, the efficiency of kidney functions begins to decrease and the risk of kidney diseases may increase, but specific regulators of mitochondrial age-related changes are poorly explained. This study demonstrates the MICOS complex may be a target for mitigating age-related changes in mitochondria. The MICOS complex can be associated with oxidative stress and calcium dysregulation, which also arise in many kidney pathologies. Graphical Abstract Kidney aging causes a decline in the MICOS complex, concomitant with metabolic, lipidomic, and mitochondrial structural alterations.

ABSTRACT Through vaginal colonization, GBS causes severe pregnancy outcomes including neonatal sepsis and meningitis. Although intrapartum antibiotic prophylaxis (IAP) has reduced early-onset disease rates, persistent GBS colonization has been observed in patients following prophylaxis. To determine whether IAP selects for genomic signatures that enhance GBS survival and persistence in the vaginal tract, whole-genome sequencing was performed on 97 isolates from 58 patients before (prenatal) and after (postpartum) IAP/childbirth. Core-gene mutation analysis identified 7,025 mutations between the paired isolates. Three postpartum isolates accounted for 98% of mutations and were classified as “mutators” because of point mutations within DNA repair systems. In vitro assays revealed stronger biofilms in two mutators. These findings suggest that antibiotics select for mutations that promote survival in vivo , which increases the likelihood of transmission to neonates. They also demonstrate how mutators can provide a reservoir of beneficial mutations that enhance fitness and genetic diversity in the GBS population.

Abstract Histone modifications alter numerous cornerstone processes in eukaryotes, including metabolism, physiology, and immunity. Numerous bacterial pathogens can alter expression of host-derived sirtuins to deacetylate histones in order to promote infection, yet, a bacterial-derived sirtuin has yet to be investigated to deacetylate host histones. Using Campylobacter jejuni , the leading cause of bacterial-derived gastroenteritis, we found a secreted sirtuin, SliP, which binds to and deacetylates neutrophil histones. We found neutrophil activation and extrusion of neutrophil extracellular traps was SliP dependent, whereby sliP mutants are unable to activate neutrophils or promote NETosis. Leveraging the mouse model of campylobacteriosis, we further demonstrate the sliP mutant can efficiently infect IL-10 -/- mice, but induction of proinflammatory cytokine production and gastrointestinal pathology is SliP-dependent. In conclusion, we investigate a unique bacterial effector which targets host histones and is responsible for the inflammatory response and tissue pathology observed during campylobacteriosis. Highlights C. jejuni encodes a secreted effector, SliP, which functions as a canonical sirtuin SliP binds to and deacetylates neutrophil histone H3 during bacterial infection C. jejuni -induced neutrophil activation and NETosis are SliP-dependent Inflammation and tissue pathology during C. jejuni infection is SliP-dependent

ABSTRACT Group B Streptococcus (GBS) is a major cause of fetal and neonatal mortality worldwide. Many of the adverse effects associated with invasive GBS are associated with inflammation that leads to chorioamnionitis, preterm birth, sepsis, and meningitis; therefore, understanding bacterial factors that promote inflammation is of critical importance. Membrane vesicles (MVs), which are produced by many pathogenic and non-pathogenic bacteria, may modulate host inflammatory responses. In mice, GBS MVs injected intra-amniotically can induce preterm birth and fetal death. Although it is known that GBS MVs induce large-scale leukocyte recruitment into infected tissues, the immune effectors driving these responses are unclear. Here, we hypothesized that macrophages respond to GBS-derived MVs by producing proinflammatory cytokines and are recognized through one or more pattern recognition receptors. We show that THP-1 macrophage-like cells produce high levels of neutrophil- and monocyte-specific chemokines in response to MVs derived from different clinical isolates of GBS. Interleukin (IL)-1β was significantly upregulated in response to MVs, which was independent of NF-kB signaling but dependent on both caspase-1 and NLRP3. These data indicate that MVs contain one or more pathogen-associated molecular patterns that can be sensed by the immune system. Furthermore, this study identifies the NLRP3 inflammasome as a novel sensor of GBS MVs. Our data additionally indicate that MVs may serve as immune effectors that can be targeted for immunotherapeutics, particularly given that similar responses were observed across this subset of GBS isolates.