Abstract The New Pathways in Syphilis Vaccine Development meeting was held prior to the start of the STI & HIV 2023 World Congress as a pre-meeting symposium to highlight recent advances in the development of an effective syphilis vaccine and discuss the challenges still faced by investigators. Internationally renowned public health officials, clinical investigators, and basic researchers from academia, government, and community-based organizations met on the 24 th of July 2023 in Chicago, Illinois. Four speakers discussed key research findings in syphilis vaccine development, which included antigen selection, identification of epitopes associated with protective immunity, and delivery platforms, with great emphasis on development of chimeric antigens. Significant progress was also shown on the elucidation of Treponema pallidum genomes from virtually all continents to assess the diversity in vaccine candidates of the syphilis spirochete.

Abstract Background The global resurgence of syphilis necessitates vaccine development. Methods We collected ulcer exudates and blood from 17 participants with primary syphilis (PS) and skin biopsies and blood from 51 patients with secondary syphilis (SS) in Guangzhou, China, for Treponema pallidum subsp pallidum (TPA) quantitative polymerase chain reaction, whole genome sequencing (WGS), and isolation of TPA in rabbits. Results TPA DNA was detected in 15 of 17 ulcer exudates and 3 of 17 blood PS specimens. TPA DNA was detected in 50 of 51 SS skin biopsies and 27 of 51 blood specimens. TPA was isolated from 47 rabbits with success rates of 71% (12/17) and 69% (35/51), respectively, from ulcer exudates and SS bloods. We obtained paired genomic sequences from 24 clinical samples and corresponding rabbit isolates. Six SS14- and 2 Nichols-clade genome pairs contained rare discordances. Forty-one of the 51 unique TPA genomes clustered within SS14 subgroups largely from East Asia, while 10 fell into Nichols C and E subgroups. Conclusions Our TPA detection rate was high from PS ulcer exudates and SS skin biopsies and over 50% from SS blood, with TPA isolation in more than two-thirds of samples. Our results support the use of WGS from rabbit isolates to inform vaccine development.

Abstract Sequencing of most Treponema pallidum ( T. pallidum ) genomes excludes repeat regions in tp0470 and the tp0433 gene, encoding the acidic repeat protein ( arp ). As a first step to understanding the evolution and function of these genes and the proteins they encode, we developed a protocol to nanopore sequence tp0470 and arp genes from 212 clinical samples collected from ten countries on six continents. Both tp0470 and arp repeat structures recapitulate the whole genome phylogeny, with subclade-specific patterns emerging. The number of tp0470 repeats is on average appears to be higher in Nichols-like clade strains than in SS14-like clade strains. Consistent with previous studies, we found that 14-repeat arp sequences predominate across both major clades, but the combination and order of repeat type varies among subclades, with many arp sequence variants limited to a single subclade. Although strains that were closely related by whole genome sequencing frequently had the same arp repeat length, this was not always the case. Structural modelling of TP0470 suggested that the eight residue repeats form an extended α-helix, predicted to be periplasmic. Modeling of the ARP revealed a C-terminal sporulation-related repeat (SPOR) domain, predicted to bind denuded peptidoglycan, with repeat regions possibly incorporated into a highly charged β- sheet. Outside of the repeats, all TP0470 and ARP amino acid sequences were identical. Together, our data, along with functional considerations, suggests that both TP0470 and ARP proteins may be involved in T. pallidum cell envelope remodeling and homeostasis, with their highly plastic repeat regions playing as-yet-undetermined roles.

Abstract Background Histologic and serologic studies suggest the induction of local and systemic Treponema pallidum-specific CD4+ T-cell responses to T. pallidum infection. We hypothesized that T. pallidum-specific CD4+ T cells are detectable in blood and in the skin rash of secondary syphilis and persist in both compartments after treatment. Methods Peripheral blood mononuclear cells collected from 67 participants were screened by interferon-γ (IFN-γ) ELISPOT response to T. pallidum sonicate. T. pallidum-reactive T-cell lines from blood and skin were probed for responses to 89 recombinant T. pallidum antigens. Peptide epitopes and HLA class II restriction were defined for selected antigens. Results We detected CD4+ T-cell responses to T. pallidum sonicate ex vivo. Using T. pallidum-reactive T-cell lines we observed recognition of 14 discrete proteins, 13 of which localize to bacterial membranes or the periplasmic space. After therapy, T. pallidum-specific T cells persisted for at least 6 months in skin and 10 years in blood. Conclusions T. pallidum infection elicits an antigen-specific CD4+ T-cell response in blood and skin. T. pallidum-specific CD4+ T cells persist as memory in both compartments long after curative therapy. The T. pallidum antigenic targets we identified may be high-priority vaccine candidates.

Histologic and serologic studies suggest the induction of local and systemic

The global resurgence of syphilis has created a potent stimulus for vaccine development. To identify potentially protective antibodies (Abs) against

Abstract Lyme disease is a tick-borne illness caused by the spirochete Borrelia burgdorferi (Bb). It is believed that the robust inflammatory response induced by the host’s innate immune system is responsible for the clinical manifestations associated with Bb infection. The macrophage plays a central role in the immune response to many bacterial infections and is thought to play a central role in activation of the innate immune response to Bb. Previous studies have shown that following phagocytosis of spirochetes by macrophages, phagosome maturation results in degradation of Bb and liberation of bacterial lipoproteins and nucleic acids, which are recognized by TLR2 and TLR8, respectively, and elicit MyD88-mediated phagosome signaling cascades. Bone marrow-derived macrophages (BMDMs) from MyD88 −/− mice show significantly reduced spirochete uptake and inflammatory cytokine production when incubated with Bb ex vivo . Paradoxically, additional studies revealed that Bb-infected MyD88 −/− mice exhibit inflammation in joint and heart tissues. To determine the contribution of MyD88 to macrophage-mediated spirochete clearance, we compared wildtype (WT) and MyD88 −/− mice using a murine model of Lyme disease. MyD88 −/− mice showed increased Bb burdens in hearts 28 days post infection, while H&E staining and immunohistochemistry showed significantly increased inflammation and greater macrophage infiltrate in the hearts of MyD88 −/− mice. This suggests that Bb triggers MyD88-independent inflammatory pathways in macrophages to facilitate cell recruitment to tissues. Upon stimulation with Bb ex vivo , WT and MyD88 −/− BMDMs exhibit significant differences in bacteria uptake, suggesting that MyD88 signaling mediates cytoskeleton remodeling and the formation of membrane protrusions to enhance bacteria phagocytosis. A comprehensive transcriptome comparison in Bb-infected WT and MyD88 −/− BMDMs identified a large cohort of MyD88-dependent genes that are differentially expressed in response to Bb, including genes involved in actin and cytoskeleton organization ( Daam1, Fmnl1 ). We also identified a cohort of differentially-expressed MyD88-independent chemokines ( Cxcl2, Ccl9 ) known to recruit macrophages. We identified master regulators and generated networks which model potential signaling pathways that mediate both phagocytosis and the inflammatory response. These data provide strong evidence that MyD88-dependent and -independent phagosomal signaling cascades in macrophages play significant roles in the ability of these cells to phagocytose Bb and mediate infection. AUTHOR SUMMARY Macrophages play prominent roles in bacteria recognition and clearance, including Borrelia burgdorferi (Bb), the Lyme disease spirochete. To elucidate mechanisms by which MyD88/TLR signaling enhances clearance of Bb by macrophages, we studied Bb-infected wildtype (WT) and MyD88−/− mice and Bb-stimulated bone marrow-derived macrophages (BMDMs). Bb-infected MyD88−/− mice show increased bacterial burdens, macrophage infiltration and altered gene expression in inflamed heart tissue. MyD88−/− BMDMs exhibit impaired uptake of spirochetes but comparable maturation of phagosomes following internalization of spirochetes. RNA-sequencing of infected WT and MyD88−/− BMDMs identified a large cohort of differentially expressed MyD88-dependent genes involved in re-organization of actin and cytoskeleton during phagocytosis along with several MyD88-independent chemokines involved in inflammatory cell recruitment. We computationally generated networks which identified several MyD88-independent master regulators ( Cxcl2 and Vcam1 ) and MyD88-dependent intermediate proteins ( Rhoq and Cyfip1 ) that are known to mediate inflammation and phagocytosis respectively. These results provide mechanistic insights into MyD88-mediated phagosomal signaling enhancing Bb uptake and clearance.

Whole-genome sequencing (WGS) of Treponema pallidum subsp. pallidum (TPA) has been constrained by the lack of in vitro cultivation methods for isolating spirochetes from patient samples. We built upon recently developed enrichment methods to sequence TPA directly from primary syphilis chancre swabs collected in Guangzhou, China. By combining parallel, pooled whole-genome amplification (ppWGA) with hybrid selection, we generated high quality genomes from four of eight chancre-swab samples and two of two rabbit-passaged isolates, all subjected to challenging storage conditions. This approach enabled the first WGS of Chinese samples without rabbit passage and provided insights into TPA genetic diversity in China.### Competing Interest StatementThe authors have declared no competing interest.

ABSTRACT Syphilis, a sexually transmitted infection caused by the spirochete Treponema pallidum ( Tp ), is resurging globally. Opsonic antibodies (Abs) targeting surface-exposed epitopes of the spirochete’s outer membrane proteins (OMPs) are believed to promote macrophage-mediated clearance of the bacterium during infection and are presumed to be key to vaccine development. Tp ’s repertoire of outer membrane proteins includes BamA (β- b arrel a ssembly m achinery subunit A /TP0326), the central component of the molecular machine that inserts newly exported OMP precursors into the OM lipid bilayer. BamA is a bipartite protein consisting of an 18-stranded β-barrel with nine extracellular loops (ECLs) and five periplasmic POTRA ( po lypeptide tr ansport- a ssociated) domains. Antisera directed against BamA ECL4 promote internalization of Tp by rabbit peritoneal macrophages. Herein, we employed a novel two-stage, phage display strategy, termed “Epivolve” (for epi tope evol ution), to generate five site-directed murine monoclonal Abs (mAbs) targeting a centrally located peptide (S2) of BamA ECL4. Each of the five mAbs demonstrated reactivity by immunoblotting and ELISA to nanogram amounts of BamA ECL4 displayed by a Pyrococcus furiosus thioredoxin ( Pf Trx) scaffold ( Pf Trx BamA/ECL4 ). One mAb containing a unique amino acid sequence in both light and heavy chains showed activity in an opsonophagocytosis assay employing murine bone marrow-derived macrophages. Mice and rabbits hyperimmunized with Pf Trx BamA/ECL4 produced opsonic antisera that strongly recognized the ECL presented in a heterologous scaffold and overlapping ECL4 peptides including S2. In contrast, Abs generated during Tp infection of mice and rabbits poorly recognized the peptides, indicating that S2 contains a subdominant epitope. Epivolve, which circumvents the natural immune response, can be utilized for the generation of mAbs that target subdominant opsonic epitopes in ECLs of Tp OMPs.

In recent years, progress has been made in topologically and functionally characterizing integral outer membrane proteins of Treponema pallidum subspecies pallidum (TPA), and identifying its surface-exposed β-barrel domains. Extracellular loops in OMPs of Gram-negative bacteria are known to be highly variable. We examined sequence diversity of β-barrel regions of tprC, tprD, and bamA, in 31 specimens from Cali, Colombia; San Francisco, California; and the Czech Republic and compared them to variants in the 41 NCBI reference genomes. To establish a phylogenetic framework, we used tp0548 genotyping and tp0558 sequences to assign strains to the Nichols or SS14 clades. We found that (i) β-barrels in clinical strains could be grouped according to allelic variants in TPA reference genomes; (ii) for all three OMP loci, clinical strains within the Nichols or SS14 clades often harbored β-barrel variants that differed from the Nichols and SS14 reference strains; and (iii) OMP variable regions often reside in predicted extracellular loops containing B-cell epitopes. Based upon structural models, non-conservative amino acid substitutions in predicted transmembrane β-strands of TprC and TprD2 could give rise to functional differences in their porin channels. OMP profiles of some clinical strains were mosaics of different reference strains and did not correlate with results from enhanced molecular typing. Our observations suggest that human host selection pressures drive TPA OMP diversity and that genetic exchange contributes to the evolutionary biology of TPA. They also set the stage for topology-based analysis of antibody responses against OMPs and help frame strategies for syphilis vaccine development.