Candida auris, a multidrug-resistant yeast that causes invasive infections, was first described in 2009 in Japan and has since been reported from several countries. To understand the global emergence and epidemiology of C. auris, we obtained isolates from 54 patients with C. auris infection from Pakistan, India, South Africa, and Venezuela during 2012–2015 and the type specimen from Japan. Patient information was available for 41 of the isolates. We conducted antifungal susceptibility testing and whole-genome sequencing (WGS). Available clinical information revealed that 41% of patients had diabetes mellitus, 51% had undergone recent surgery, 73% had a central venous catheter, and 41% were receiving systemic antifungal therapy when C. auris was isolated. The median time from admission to infection was 19 days (interquartile range, 9–36 days), 61% of patients had bloodstream infection, and 59% died. Using stringent break points, 93% of isolates were resistant to fluconazole, 35% to amphotericin B, and 7% to echinocandins; 41% were resistant to 2 antifungal classes and 4% were resistant to 3 classes. WGS demonstrated that isolates were grouped into unique clades by geographic region. Clades were separated by thousands of single-nucleotide polymorphisms, but within each clade isolates were clonal. Different mutations in ERG11 were associated with azole resistance in each geographic clade. C. auris is an emerging healthcare-associated pathogen associated with high mortality. Treatment options are limited, due to antifungal resistance. WGS analysis suggests nearly simultaneous, and recent, independent emergence of different clonal populations on 3 continents. Risk factors and transmission mechanisms need to be elucidated to guide control measures.

Parasitoid Wasp Genomes Parasitoid wasps, which prey on and reproduce in host insect species, play important roles in plant herbivore interactions, and may provide valuable tools in the biological control of pest species. The Nasonia Genome Working Group (p. 343 ; see the news story by Pennisi ) presents the genome of three very closely related species: Nasonia vitripennis, N. giraulti , and N. longicornis . The findings document rapid evolution between a host and endosymbiont that can cause nuclear-cytoplasmic incompatibilities that may affect speciation.

A combined analysis of genome sequence, structure, and expression gives insights into fission yeast biology.

The enterococci are Gram-positive lactic acid bacteria that inhabit the gastrointestinal tracts of diverse hosts. However, Enterococcus faecium and E. faecalis have emerged as leading causes of multidrug-resistant hospital-acquired infections. The mechanism by which a well-adapted commensal evolved into a hospital pathogen is poorly understood. In this study, we examined high-quality draft genome data for evidence of key events in the evolution of the leading causes of enterococcal infections, including E. faecalis, E. faecium, E. casseliflavus, and E. gallinarum. We characterized two clades within what is currently classified as E. faecium and identified traits characteristic of each, including variation in operons for cell wall carbohydrate and putative capsule biosynthesis. We examined the extent of recombination between the two E. faecium clades and identified two strains with mosaic genomes. We determined the underlying genetics for the defining characteristics of the motile enterococci E. casseliflavus and E. gallinarum. Further, we identified species-specific traits that could be used to advance the detection of medically relevant enterococci and their identification to the species level.

Microsporidia comprise a large phylum of obligate intracellular eukaryotes that are fungal-related parasites responsible for widespread disease, and here we address questions about microsporidia biology and evolution. We sequenced three microsporidian genomes from two species, Nematocida parisii and Nematocida sp1, which are natural pathogens of Caenorhabditis nematodes and provide model systems for studying microsporidian pathogenesis. We performed deep sequencing of transcripts from a time course of N. parisii infection. Examination of pathogen gene expression revealed compact transcripts and a dramatic takeover of host cells by Nematocida . We also performed phylogenomic analyses of Nematocida and other microsporidian genomes to refine microsporidian phylogeny and identify evolutionary events of gene loss, acquisition, and modification. In particular, we found that all microsporidia lost the tumor-suppressor gene retinoblastoma , which we speculate could accelerate the parasite cell cycle and increase the mutation rate. We also found that microsporidia acquired transporters that could import nucleosides to fuel rapid growth. In addition, microsporidian hexokinases gained secretion signal sequences, and in a functional assay these were sufficient to export proteins out of the cell; thus hexokinase may be targeted into the host cell to reprogram it toward biosynthesis. Similar molecular changes appear during formation of cancer cells and may be evolutionary strategies adopted independently by microsporidia to proliferate rapidly within host cells. Finally, analysis of genome polymorphisms revealed evidence for a sexual cycle that may provide genetic diversity to alleviate problems caused by clonal growth. Together these events may explain the emergence and success of these diverse intracellular parasites.

Background The continued advance of antibiotic resistance threatens the treatment and control of many infectious diseases. This is exemplified by the largest global outbreak of extensively drug-resistant (XDR) tuberculosis (TB) identified in Tugela Ferry, KwaZulu-Natal, South Africa, in 2005 that continues today. It is unclear whether the emergence of XDR-TB in KwaZulu-Natal was due to recent inadequacies in TB control in conjunction with HIV or other factors. Understanding the origins of drug resistance in this fatal outbreak of XDR will inform the control and prevention of drug-resistant TB in other settings. In this study, we used whole genome sequencing and dating analysis to determine if XDR-TB had emerged recently or had ancient antecedents. Methods and Findings We performed whole genome sequencing and drug susceptibility testing on 337 clinical isolates of Mycobacterium tuberculosis collected in KwaZulu-Natal from 2008 to 2013, in addition to three historical isolates, collected from patients in the same province and including an isolate from the 2005 Tugela Ferry XDR outbreak, a multidrug-resistant (MDR) isolate from 1994, and a pansusceptible isolate from 1995. We utilized an array of whole genome comparative techniques to assess the relatedness among strains, to establish the order of acquisition of drug resistance mutations, including the timing of acquisitions leading to XDR-TB in the LAM4 spoligotype, and to calculate the number of independent evolutionary emergences of MDR and XDR. Our sequencing and analysis revealed a 50-member clone of XDR M. tuberculosis that was highly related to the Tugela Ferry XDR outbreak strain. We estimated that mutations conferring isoniazid and streptomycin resistance in this clone were acquired 50 y prior to the Tugela Ferry outbreak (katG S315T [isoniazid]; gidB 130 bp deletion [streptomycin]; 1957 [95% highest posterior density (HPD): 1937–1971]), with the subsequent emergence of MDR and XDR occurring 20 y (rpoB L452P [rifampicin]; pncA 1 bp insertion [pyrazinamide]; 1984 [95% HPD: 1974–1992]) and 10 y (rpoB D435G [rifampicin]; rrs 1400 [kanamycin]; gyrA A90V [ofloxacin]; 1995 [95% HPD: 1988–1999]) prior to the outbreak, respectively. We observed frequent de novo evolution of MDR and XDR, with 56 and nine independent evolutionary events, respectively. Isoniazid resistance evolved before rifampicin resistance 46 times, whereas rifampicin resistance evolved prior to isoniazid only twice. We identified additional putative compensatory mutations to rifampicin in this dataset. One major limitation of this study is that the conclusions with respect to ordering and timing of acquisition of mutations may not represent universal patterns of drug resistance emergence in other areas of the globe. Conclusions In the first whole genome-based analysis of the emergence of drug resistance among clinical isolates of M. tuberculosis, we show that the ancestral precursor of the LAM4 XDR outbreak strain in Tugela Ferry gained mutations to first-line drugs at the beginning of the antibiotic era. Subsequent accumulation of stepwise resistance mutations, occurring over decades and prior to the explosion of HIV in this region, yielded MDR and XDR, permitting the emergence of compensatory mutations. Our results suggest that drug-resistant strains circulating today reflect not only vulnerabilities of current TB control efforts but also those that date back 50 y. In drug-resistant TB, isoniazid resistance was overwhelmingly the initial resistance mutation to be acquired, which would not be detected by current rapid molecular diagnostics employed in South Africa that assess only rifampicin resistance.

Microsporidia comprise a phylum of over 1400 species of obligate intracellular pathogens that can infect almost all animals, but little is known about the host response to these parasites. Here we use the whole-animal host C. elegans to show an in vivo role for ubiquitin-mediated response to the microsporidian species Nematocida parisii, as well to the Orsay virus, another natural intracellular pathogen of C. elegans. We analyze gene expression of C. elegans in response to N. parisii, and find that it is similar to response to viral infection. Notably, we find an upregulation of SCF ubiquitin ligase components, such as the cullin ortholog cul-6, which we show is important for ubiquitin targeting of N. parisii cells in the intestine. We show that ubiquitylation components, the proteasome, and the autophagy pathway are all important for defense against N. parisii infection. We also find that SCF ligase components like cul-6 promote defense against viral infection, where they have a more robust role than against N. parisii infection. This difference may be due to suppression of the host ubiquitylation system by N. parisii: when N. parisii is crippled by anti-microsporidia drugs, the host can more effectively target pathogen cells for ubiquitylation. Intriguingly, inhibition of the ubiquitin-proteasome system (UPS) increases expression of infection-upregulated SCF ligase components, indicating that a trigger for transcriptional response to intracellular infection by N. parisii and virus may be perturbation of the UPS. Altogether, our results demonstrate an in vivo role for ubiquitin-mediated defense against microsporidian and viral infections in C. elegans.

Recurrent urinary tract infections (rUTIs) are a major health burden worldwide, with history of infection being a significant risk factor. While the gut is a known reservoir for uropathogenic bacteria, the role of the microbiota in rUTI remains unclear. We conducted a year-long study of women with (n = 15) and without (n = 16) history of rUTI, from whom we collected urine, blood and monthly faecal samples for metagenomic and transcriptomic interrogation. During the study 24 UTIs were reported, with additional samples collected during and after infection. The gut microbiome of individuals with a history of rUTI was significantly depleted in microbial richness and butyrate-producing bacteria compared with controls, reminiscent of other inflammatory conditions. However, Escherichia coli gut and bladder populations were comparable between cohorts in both relative abundance and phylogroup. Transcriptional analysis of peripheral blood mononuclear cells revealed expression profiles indicative of differential systemic immunity between cohorts. Altogether, these results suggest that rUTI susceptibility is in part mediated through the gut–bladder axis, comprising gut dysbiosis and differential immune response to bacterial bladder colonization, manifesting in symptoms. Multi-omics analyses of faecal, urine and blood samples from women with and without recurrent urinary tract infections reveal that gut dysbiosis and differential immune responses may play a role in risk of infection via the gut–bladder axis.

Cryptococcus neoformans is an opportunistic fungal pathogen that causes approximately 625,000 deaths per year from nervous system infections. Here, we leveraged a unique, genetically diverse population of C. neoformans from sub-Saharan Africa, commonly isolated from mopane trees, to determine how selective pressures in the environment coincidentally adapted C. neoformans for human virulence. Genome sequencing and phylogenetic analysis of 387 isolates, representing the global VNI and African VNB lineages, highlighted a deep, non-recombining split in VNB (herein VNBI and VNBII). VNBII was enriched for clinical samples relative to VNBI, while phenotypic profiling of 183 isolates demonstrated that VNBI isolates were significantly more resistant to oxidative stress and more heavily melanized than VNBII isolates. Lack of melanization in both lineages was associated with loss-of-function mutations in the BZP4 transcription factor. A genome-wide association study across all VNB isolates revealed sequence differences between clinical and environmental isolates in virulence factors and stress response genes. Inositol transporters and catabolism genes, which process sugars present in plants and the human nervous system, were identified as targets of selection in all three lineages. Further phylogenetic and population genomic analyses revealed extensive loss of genetic diversity in VNBI, suggestive of a history of population bottlenecks, along with unique evolutionary trajectories for mating type loci. These data highlight the complex evolutionary interplay between adaptation to natural environments and opportunistic infections, and that selection on specific pathways may predispose isolates to human virulence.