Dendritic cells (DC) play a key role in linking innate and adaptive immunity. In inflamed tissues, where DC become activated, oxygen tensions are usually low. Although hypoxia is increasingly recognized as an important determinant of cellular functions, the consequences of hypoxia and the role of one of the key players in hypoxic gene regulation, the transcription factor hypoxia inducible factor 1alpha (HIF-1alpha), are largely unknown. Thus, we investigated the effects of hypoxia and HIF-1alpha on murine DC activation and function in the presence or absence of an exogenous inflammatory stimulus. Hypoxia alone did not activate murine DC, but hypoxia combined with LPS led to marked increases in expression of costimulatory molecules, proinflammatory cytokine synthesis, and induction of allogeneic lymphocyte proliferation compared with LPS alone. This DC activation was accompanied by accumulation of HIF-1alpha protein levels, induction of glycolytic HIF target genes, and enhanced glycolytic activity. Using RNA interference techniques, knockdown of HIF-1alpha significantly reduced glucose use in DC, inhibited maturation, and led to an impaired capability to stimulate allogeneic T cells. Alltogether, our data indicate that HIF-1alpha and hypoxia play a crucial role for DC activation in inflammatory states, which is highly dependent on glycolysis even in the presence of oxygen.

Abstract Hypothesis The study shows for the first time a fivefold difference in the survivability of the bacterium Pseudomonas Aeruginosa (PA) in a realistic respiratory fluid droplet on fomites undergoing drying at different environmental conditions. For instance, in 2023, the annual average relative humidity (RH) in London (UK) is 71%, whereas in Delhi (India), it is 45%, showing that disease spread from fomites could have a demographic dependence. Respiratory fluid droplet ejections containing pathogens on inanimate surfaces are crucial in disease spread, especially in nosocomial settings. However, the interplay between evaporation dynamics, internal fluid flow and precipitation and their collective influence on the distribution and survivability of pathogens at different environmental conditions are less known. Experiments Shadowgraphy imaging is employed to study evaporation, and optical microscopy imaging is used for precipitation dynamics. Micro-particle image velocimetry (MicroPIV) measurements reveal the internal flow dynamics. Confocal imaging of fluorescently labelled PA elucidates the bacterial distribution within the deposits. Findings The study finds that the evaporation rate is drastically impeded during drying at elevated solutal concentrations, particularly at high RH conditions. MicroPIV shows reduced internal flow under high RH conditions. Evaporation rate influences crystal growth, with delayed efflorescence and extending crystallisation times. PA forms denser peripheral arrangements under high evaporation rates and shows a fivefold increase in survivability under low evaporation rates. These findings highlight the critical impact of environmental conditions on pathogen persistence and disease spread from inanimate surfaces. Graphical abstract

Abstract After entering the host cells, Salmonella Typhimurium (STM) stays inside a modified membrane-bound compartment called Salmonella containing vacuole (SCV). The biogenesis and stability of SCV are crucial for the intracellular proliferation of Salmonella . Our research has provided a novel mechanistic view on the role of a bacterial porin OmpA in maintaining the stability of SCV. We found that the deletion of OmpA forces the bacteria to escape from the SCV during the immediate early stage of infection. In the absence of OmpA, the bacteria failed to retain the LAMP-1 and came into the host cell’s cytosol. Subsequently, the cytosolic population of STM ΔompA activated the host autophagy machinery after colocalizing with syntaxin 17 and LC3B. The autophagosomes carrying STM ΔompA were targeted to the lysosomes for degradation. Inhibition of autophagy pathway using bafilomycin A1 restored the intracellular proliferation of STM ΔompA . We further showed that the four extracellular loops of OmpA played a crucial role in holding the LAMP-1 pool around the SCV. We have altered the extracellular loop sequences of Salmonella OmpA by site-directed mutagenesis and observed that the bacteria failed to maintain the LAMP-1 pool around the SCV, which finally resulted in their release into the cytosol of the host macrophages. Surprisingly, the cytosolic population of Salmonella having mutations in the extracellular loops of OmpA didn’t activate the lysosomal degradation pathway like STM ΔompA, which helped them to survive within the murine macrophages. In summary, our study revealed an OmpA dependent novel strategy utilized by Salmonella to combat host autophagy by promoting the stability of SCV.

Abstract Porins are highly conserved bacterial outer membrane proteins involved in the selective transport of charged molecules across the membrane. Despite their significant contributions to the pathogenesis of Gram-negative bacteria, their precise role in salmonellosis remains elusive. In this study, we investigated the role of porins (OmpA, OmpC, OmpD, and OmpF) in Salmonella Typhimurium (STM) pathogenesis. OmpA played a multifaceted role in STM pathogenesis, and a strain deleted for ompA (STM ΔompA ) showed enhanced proneness to phagocytosis and compromised proliferation in macrophages. However, in the epithelial cells, despite being invasion deficient, it was hyper-proliferative. The poor colocalization of STM ΔompA with LAMP-1 confirmed impaired stability of SCV membrane around the intracellular bacteria, resulting in its (STM ΔompA ) release into the cytosol of macrophages where it is assaulted with reactive nitrogen intermediates (RNI). The cytosolic localization of STM ΔompA was responsible for the downregulation of SPI-2 encoded virulence factor SpiC, which is required to suppress the activity of iNOS. The reduced recruitment of nitrotyrosine on STM in the macrophage cytosol upon ectopically expressing Listeriolysin O (LLO) explicitly supported the pro-bacterial role of OmpA against the host nitrosative stress. Further, we show that the generation of time-dependent redox burst could be responsible for the enhanced sensitivity of STM ΔompA towards nitrosative stress. The absence of OmpA in STM ΔompA resulted in the loss of integrity and enhanced porosity of the bacterial outer membrane, which was attributed to the upregulated expression of ompC , ompD, and ompF . We showed the involvement of OmpF in the entry of excess nitrite in STM ΔompA, thus increasing the susceptibility of the bacteria towards in vitro and in vivo nitrosative stress. In conclusion, we illustrated a mechanism of strategic utilization of OmpA compared to other porins by wildtype Salmonella for combating the nitrosative stress in macrophages.

Abstract Deposits of biofluid droplets on surfaces (such as respiratory droplets formed during an expiratory event fallen on surfaces) are composed of the water-based salt-protein solution that may also contain an infection (bacterial/viral).The final patterns of the deposit formed are dictated by the composition of the fluid and flow dynamics within the droplet. This work reports the spatio-temporal, topological regulation of deposits of respiratory fluid droplets and control of motility of bacteria by tweaking flow inside droplets using non-contact vapor-mediated interactions. When evaporated on a glass surface, respiratory droplets form haphazard multiscale dendritic, cruciform-shaped precipitates—using vapor mediation as a tool to control these deposits at the level of nano-micro-millimeter scales. Wemorphologically control dendrite orientation, size and subsequently suppress cruciform-shaped crystals. The nucleation sites are controlled via preferential transfer of solutes in the droplets; thus, achieving control over crystal occurrence and growth dynamics. The active living matter like bacteria is also preferentially segregated with controlled motility without attenuation of its viability and pathogenesis. For the first time, we have experimentally presented a proof-of-concept to control the motion of live active matter like bacteria in a near non-intrusive manner. The methodology can have ramifications in biomedical applications like disease detection, controlling bacterial motility, and bacterial segregation.

Abstract Polyamines are poly-cationic molecules ubiquitously present in all organisms. Salmonella synthesizes and also harbors specialized ABC transporters to uptake polyamines. Polyamines assist in pathogenesis and stress resistance in Salmonella ; however, the mechanism remains elusive. The virulence trait of Salmonella depends on the injection of effector proteins into the host cell and modulation of host machinery and employs an array of arsenals to colonize in the host niche successfully. However, prior to this, Salmonella utilizes multiple surface structures to attach and adhere to the surface of the target cells. Our study solves the enigma of how polyamine spermidine assists in the pathogenesis of Salmonella. We show that spermidine mediates the initial attachment and adhesion of Salmonella Typhimurium to Caco-2 cells, facilitating its invasion. In-vivo studies showed that polyamines are required for invasion into the murine Peyer’s patches. Polyamines have previously been shown to regulate the transcription of multiple genes in both eukaryotes and prokaryotes. We show that spermidine controls the RNA expression of the two-component system, BarA/SirA, that further regulates multiple fimbrial and non-fimbrial adhesins in Salmonella . Flagella is also a vital surface structure aiding in motility and attachment to surfaces of host cells and gall stones. Spermidine regulated the expression of flagellin genes by enhancing the translation of s28, which features an unusual start codon and a poor Shine-Dalgarno sequence. Besides regulating the formation of the adhesive structures, spermidine tunes the expression of the Salmonella pathogenicity island-1 encoded genes. Thus, our study unravels a novel mechanism by which spermidine aids in the adhesion and the subsequent invasion of Salmonella into host cells.

Abstract We have investigated the flow and desiccation-driven self-assembly of Klebsiella Pneumoniae in the naturally evaporating sessile droplets. Klebsiella Pneumoniae exhibits extensive changes in its morphology and forms unique patterns as the droplet dries, revealing hitherto unexplored rich physics governing its survival and infection strategies. Self-assembly of bacteria at the droplet contact line is characterized by order-to-disorder packing transitions with high packing densities and excessive deformations (bacteria deforms nearly twice its original length scales). In contrast, thin-film instability-led hole formation at the center of the droplet engenders spatial packing of bacteria analogous to honeycomb weathering. The varying physical forces acting on bacteria based on their respective spatial location inside the droplet cause an assorted magnitude of physical stress. Self-assembly favors the bacteria at the rim of the droplet, leading to enhanced viability and pathogenesis on the famously known “coffee ring” of the droplet compared to the bacteria present at the center of the droplet residue. Mechanistic insights gained via our study can have far-reaching implications for bacterial infection through droplets, e.g., through open wounds.

ABSTRACT Sirtuins are the major players in host immuno-metabolic regulation. However, the role of sirtuins in the modulation of the immune metabolism pertaining to Salmonellosis is largely unknown. Here, our investigation focussed on the role of two important sirtuins, SIRT1 and SIRT3, shedding light on their impact on intracellular Salmonella ’s metabolic switch and pathogenesis establishment. Our study indicated the ability of the live Salmonella Typhimurium to differentially regulate the levels of SIRT1 and SIRT3 for maintaining the high glycolytic metabolism and low fatty acid metabolism in Salmonella . Perturbing SIRT1 or SIRT3 through knockdown or inhibition, resulted in a remarkable shift in intracellular Salmonella’s metabolism to high fatty acid oxidation and low glycolysis. This switch led to decreased proliferation of Salmonella in the macrophages. Further, Salmonella -induced higher levels of SIRT1 and SIRT3 led to a skewed polarization state of the macrophages from a pro- inflammatory M1 state toward an immunosuppressive M2 making it more conducive for the intracellular life of Salmonella . Alongside, governing immunological functions by modulating p65 NF-κB acetylation, SIRT1, and SIRT3 also skew Salmonella- induced host metabolic switch by regulating the acetylation status of HIF-1α and PDHA1. Interestingly, though knock- down of SIRT1/3 attenuated Salmonella proliferation in macrophages, in in vivo mice-model of infection, inhibition or knockdown of SIRT1/3 led to more dissemination and higher organ burden which can be attributed to enhanced ROS and IL-6 production. Our study hence reports for the first time that Salmonella modulates SIRT1/3 levels to maintain its own metabolism for successful pathogenesis.

ABSTRACT Salmonella , a stealthy facultative intracellular pathogen, harbors an array of host immune evasion strategies. This facilitates successful survival and replicative niches establishment in otherwise hostile host innate immune cells such as macrophages. Salmonella survives and utilizes macrophages for effective dissemination throughout the host causing systemic infection. One of the central host defense mechanisms in macrophages is bacterial xenophagy or macro-autophagy. Here we report for the first time that Salmonella pathogenicity island-1 (SPI-1) effector SopB is involved in subverting host autophagy through dual mechanisms. SopB is known to act as a phosphoinositide phosphatase and thereby can alter the phosphoinositide dynamics of the host cell. Here we demonstrate that this activity helps the bacterium escape autophagy by inhibiting terminal fusion of Salmonella containing vacuole (SCV) with both lysosomes and autophagosomes. We also report the second mechanism, wherein SopB downregulates overall lysosomal biogenesis through Akt- transcription factor EB (TFEB) axis. TFEB is a master regulator of lysosomal biogenesis and autophagy, and SopB restricts the nuclear localization of TFEB. This reduces the overall lysosome content inside host macrophages, further facilitating survival in macrophages and systemic dissemination of Salmonella in the host.

Abstract The invasive non-typhoidal serovar of Salmonella enterica, namely Salmonella Typhimurium ST313, causes bloodstream infection in sub-Saharan Africa. Like other bacterial pathogens, the development of antimicrobial resistance is a severe problem in curing non-typhoidal Salmonella infection. In this work, we have investigated the role of four prominent outer membrane porins of S. Typhimurium, namely OmpA, OmpC, OmpD, and OmpF, in resistance against broad-spectrum β-lactam antibiotics-ceftazidime and meropenem. We found that deleting OmpA from Salmonella makes the bacteria susceptible to β-lactam drugs. The MIC for both the antibiotics reduced significantly for STM ΔompA compared to the wild-type and the ompA complemented strains. Despite the presence of antibiotics, the uninterrupted growth of STM ΔompC , ΔompD, and ΔompF endorsed the dispensability of these three porins in antimicrobial resistance. The β-lactam antibiotics caused massive depolarization in the outer membrane of the bacteria in the absence of OmpA. We have proved that none of the extracellular loops but the complete structure of perfectly folded OmpA is required by the bacteria for developing antimicrobial resistance. Our data revealed that STM ΔompA consumed more antibiotics than the wild-type and the complemented strain, resulting in severe damage of the bacterial outer membrane and subsequent killing of the pathogen by antibiotic-mediated oxidative stress. Upon deleting ompA , the steady decrease in the relative proportion of antibiotic-resistant persisters and the clearance of the STM ΔompA from the liver and spleen of C57BL/6 mice upon treatment with ceftazidime proved the role of OmpA in rendering protection against β-lactam antibiotics.