Summary Streptococcus agalactiae is a commensal bacterium colonizing the intestinal tract of a significant proportion of the human population. However, it is also a pathogen which is the leading cause of invasive infections in neonates and causes septicaemia, meningitis and pneumonia. We sequenced the genome of the serogroup III strain NEM316, responsible for a fatal case of septicaemia. The genome is 2 211 485 base pairs long and contains 2118 protein coding genes. Fifty‐five per cent of the predicted genes have an ortholog in the Streptococcus pyogenes genome, representing a conserved backbone between these two streptococci. Among the genes in S. agalactiae that lack an ortholog in S. pyogenes , 50% are clustered within 14 islands. These islands contain known and putative virulence genes, mostly encoding surface proteins as well as a number of genes related to mobile elements. Some of these islands could therefore be considered as pathogenicity islands. Compared with other pathogenic streptococci, S. agalactiae shows the unique feature that pathogenicity islands may have an important role in virulence acquisition and in genetic diversity.

We have cloned in Escherichia coli and sequenced a 1489-bp DNA fragment conferring resistance to kanamycin and originating from the streptococcal plasmid pJH1. The resistance gene was located by analysis of the initiation and termination codons in an open reading frame (ORF) of 792 bp. The deduced gene product, a 3'5''-aminoglycoside phosphotransferase of type III, has an Mr of 29 200. Comparison of its amino acid sequence with those of type I (Oka et al., 1981) and type II (Beck et al., 1982) 3' phosphotransferases, from transposable elements Tn903 and Tn5, respectively, indicated a statistically significant structural relationship between these enzymes from phylogenetically remote bacterial genera. The degrees of homology observed indicate that phosphotransferase type III and type I genes have diverged from a common ancestor and that the phosphotransferase type II gene has emerged more recently from the type I evolutionary pathway.

Streptococcus agalactiae (group B streptococcus; GBS) is a normal constituent of the intestinal microflora and the major cause of human neonatal meningitis. A single clone, GBS ST-17, is strongly associated with a deadly form of the infection called late-onset disease (LOD), which is characterized by meningitis in infants after the first week of life. The pathophysiology of LOD remains poorly understood, but our epidemiological and histopathological results point to an oral route of infection. Here, we identify a novel ST-17–specific surface-anchored protein that we call hypervirulent GBS adhesin (HvgA), and demonstrate that its expression is required for GBS hypervirulence. GBS strains that express HvgA adhered more efficiently to intestinal epithelial cells, choroid plexus epithelial cells, and microvascular endothelial cells that constitute the blood–brain barrier (BBB), than did strains that do not express HvgA. Heterologous expression of HvgA in nonadhesive bacteria conferred the ability to adhere to intestinal barrier and BBB-constituting cells. In orally inoculated mice, HvgA was required for intestinal colonization and translocation across the intestinal barrier and the BBB, leading to meningitis. In conclusion, HvgA is a critical virulence trait of GBS in the neonatal context and stands as a promising target for the development of novel diagnostic and antibacterial strategies.

Abstract Streptococcus agalactiae (Group B Streptococcus , GBS) is a commensal of the digestive and genitourinary tracts of humans that emerged as the leading cause of bacterial neonatal infections in Europe and North America during the 1960s. Due to the lack of epidemiological and genomic data, the reasons for this emergence are unknown. Here we show by comparative genome analysis and phylogenetic reconstruction of 229 isolates that the rise of human GBS infections corresponds to the selection and worldwide dissemination of only a few clones. The parallel expansion of the clones is preceded by the insertion of integrative and conjugative elements conferring tetracycline resistance (TcR). Thus, we propose that the use of tetracycline from 1948 onwards led in humans to the complete replacement of a diverse GBS population by only few TcR clones particularly well adapted to their host, causing the observed emergence of GBS diseases in neonates.

Abstract Streptococcus gallolyticus subsp. gallolyticus (SGG) , an opportunistic gram-positive pathogen responsible for septicemia and endocarditis in the elderly, is often associated with colon cancer (CRC). In this work, we investigated the oncogenic role of SGG strain UCN34 using the azoxymethane (AOM)-induced CRC model in vivo , organoid formation ex vivo and proteomic and phosphoproteomic analyses from murine colons. We showed that SGG UCN34 accelerates colon tumor development in the murine CRC model. Full proteome and phosphoproteome analysis of murine colons chronically colonized by SGG UCN34 or the closely related non-pathogenic S. gallolyticus subsp. macedonicus ( SGM ) revealed that 164 proteins and 725 phosphorylation sites were differentially regulated following colonization by SGG UCN34. Ingenuity Pathway Analysis (IPA) indicates a pro-tumoral shift specifically induced following colonization by SGG UCN34, as most proteins and phosphoproteins identified were associated with digestive cancer. Comprehensive analysis of the altered phosphoproteins using ROMA software revealed significantly elevated activities in several cancer hallmark pathways affecting tumoral cells and their microenvironment, i.e. MAPK (ERK, JNK and p38), mTOR and integrin/ILK/actin signaling, in SGG UCN34 colonized colon. Importantly, analysis of protein arrays of human colon tumors colonized with SGG showed up-regulation of PI3K/Akt/mTOR and MAPK pathways, providing clinical relevance to our findings. To test SGG ’s capacity to induce pre-cancerous transformation of the murine colonic epithelium, we grew ex vivo organoids which revealed unusual structures with compact morphology following exposure to SGG . Taken together, our results reveal that the oncogenic role of SGG UCN34 is associated with activation of multiple cancer-related signaling pathways. Author Summary Colorectal cancer is the third most common cause of cancer mortality worldwide. The colon is a very singular organ, colonized by a vast and complex community of microorganisms, known as the gut microbiota. Strong evidence supports a role of the microbiota in colon cancer development. Streptococcus gallolyticus subsp. gallolyticus ( SGG ), a gut commensal, was one of the first bacteria to be associated with colorectal cancer. A better understanding of the role of SGG in colon cancer development is critical to developing novel strategies to improve clinical diagnosis and treatment of this disease. Here, using a global proteomic analysis of mouse colonic tissue colonized by SGG , we show that over 90% of the proteins with altered levels are involved in cancer. SGG colonization promotes autocrine and paracrine pro-tumor signals contributing to transformation of the colonic epithelium but also modifying the stromal microenvironment, which in turn sustains tumor development. Importantly, two tumor hallmark pathways (PI3K/Akt/mTOR and MAPK) identified in our mouse model were also found in human colon tumor biopsies colonized by SGG , strengthening the clinical relevance to our study.

Abstract Fatty acid biosynthesis (FASII) enzymes are considered valid targets for antimicrobial drug development against the human pathogen Staphylococcus aureus . However, incorporation of host fatty acids confers FASII antibiotic adaptation that compromises prospective treatments. S. aureus adapts to FASII inhibitors by a first non-replicative latency period followed by outgrowth. Here we used transcriptional fusions and direct metabolite measurements to investigate the factors that dictate the duration of latency prior to outgrowth. We show that stringent response induction leads to repression of FASII and phospholipid synthesis genes. (p)ppGpp induction inhibits synthesis of malonyl-CoA, a molecule that derepresses FapR, a key regulator of FASII and phospholipid synthesis. Anti-FASII treatment also triggers transient expression of (p)ppGpp-regulated genes during the anti-FASII latency phase, with concomitant repression of FapR regulon expression. These effects are reversed upon outgrowth. GTP depletion, a known consequence of stringent response, also occurs during FASII latency, and is proposed as the common signal linking these responses. We next show that anti-FASII treatment shifts malonyl-CoA distribution between its interactants FapR and FabD, towards FapR, increasing expression of phospholipid synthesis genes plsX and plsC during outgrowth. We conclude that components of the stringent response dictate malonyl-CoA availability in S. aureus FASII regulation, and contribute to latency prior to anti-FASII-adapted outgrowth. A combinatory approach, coupling a (p)ppGpp inducer and an anti-FASII, blocks S. aureus outgrowth, opening perspectives for bi-therapy treatment. Importance Staphylococcus aureus is a major human bacterial pathogen for which new inhibitors are urgently needed. Antibiotic development has centered on the fatty acid synthesis (FASII) pathway, which provides the building blocks for bacterial membrane phospholipids. However, S. aureus overcomes FASII inhibition and adapts to anti-FASII by using exogenous fatty acids that are abundant in host environments. This adaptation mechanism comprises a transient latency period, followed by bacterial outgrowth. Here we use metabolite sensors and promoter reporters to show that responses to stringent conditions and to FASII inhibition intersect: both involve GTP and malonyl-CoA. These two signaling molecules contribute to modulating the duration of latency prior to S. aureus adaptation outgrowth. We exploit these novel findings to propose a bi-therapy treatment against staphylococcal infections.

ABSTRACT Virulence of the neonatal pathogen Group B Streptococcus depends on the master regulator CovR. Inactivation of CovR leads to large-scale transcriptome remodeling and impairs almost every step of the interaction between the pathogen and the host. However, comparative analyses suggested a plasticity of the CovR signalling pathway in clinical isolates, probably due to the host selective pressure and leading to phenotypic heterogeneity in the bacterial population. Here, we characterize the CovR regulatory network in a strain representative of the hypervirulent lineage responsible of the majority of late-onset meningitidis. Genome-wide binding and transcriptome analysis demonstrated that CovR acts as a direct and global repressor of virulence genes, either as a primary regulator or with specialized co-regulators. Remarkably, CovR directly regulates genes of the pan-genome, including the two specific hypervirulent adhesins and horizontally acquired genes, as well as core-genes showing mutational biases in the population. Parallel analysis of the CovR network in a second isolate links strain-specificities to micro-evolutions in CovR-regulated promoters and to broad difference due to variability in CovR activation by phosphorylation. Our results highlight the direct, coordinated, and strain-specific regulation of virulence genes by CovR. This intra-species evolution of the signalling network reshapes bacterial-host interactions, increasing the potential for adaptation and the emergence of clone associated with specific diseases.

Each bacterial species has specific regulatory systems to control physiology, adaptation, and host interactions. One challenge posed by this diversity is to define the evolving gene regulatory networks. This study aims to characterise two-component systems (TCS) in Streptococcus agalactiae, the main cause of neonatal meningitis. Here we demonstrate signal-independent activation of signalling pathways by systematically targeting the conserved mechanism of phosphatase activity of the 14 histidine kinases of the two main TCS families. Transcriptomic analysis resolves most pathways with high resolution, encompassing specialized, connected, and global regulatory systems. The activated network notably reveals the connection between CovRS and SaeRS signaling through the adhesin PbsP, linking the main regulators of host interactions to balance pathogenicity. Additionally, constitutive activation of the BceRS system reveals its role in cell envelope homeostasis beyond antimicrobial resistance. Overall, this study demonstrates the generalizability and versatility of TCS genetic activation to uncover regulatory logics and biological processes.

Abstract Streptococcus gallolyticus sp. gallolyticus (SGG) is a gut pathobiont involved in the development of colorectal cancer (CRC). To decipher the contribution of SGG in tumor initiation and/or acceleration respectively, a global transcriptome was performed in normal colonic cells (FHC) and in tumoral colonic cells (HT29). To identify SGG -specific alterations, we chose the phylogenetically closest relative, Streptococcus gallolyticus subsp. macedonicus ( SGM) as the control bacterium. We show that SGM, a bacterium generally considered as safe, did not induce any transcriptional changes on the two human colonic cells. The transcriptional reprogramming induced by SGG was significantly different in FHC and HT29 cells, with most of the up- and down-regulated genes associated with cancer disease. Top up-regulated genes related to cancer were: (i) IL-20, CLK1, SORBS2, ERG1, PIM1, SNORD3A for normal FHC cells and (ii) TSLP, BHLHA15, LAMP3, ZNF27B, KRT17, ATF3 for cancerous HT29 cells. SGG induces much stronger transcriptional changes in cancerous than in normal colonic cells (2,090 vs 128 genes being affected, respectively). Gene set enrichment analysis reveals that SGG -induced strong ER- (endoplasmic reticulum) stress and UPR- (unfolded protein response) activation in colonic epithelial cells. Our results suggest that SGG induces a pro-tumoral shift in human colonic cells, particularly in transformed cells potentially accelerating tumor development in the colon.