Yeasts, which have been a component of the human diet for at least 7,000 years, possess an elaborate cell wall α-mannan. The influence of yeast mannan on the ecology of the human microbiota is unknown. Here we show that yeast α-mannan is a viable food source for the Gram-negative bacterium Bacteroides thetaiotaomicron, a dominant member of the microbiota. Detailed biochemical analysis and targeted gene disruption studies support a model whereby limited cleavage of α-mannan on the surface generates large oligosaccharides that are subsequently depolymerized to mannose by the action of periplasmic enzymes. Co-culturing studies showed that metabolism of yeast mannan by B. thetaiotaomicron presents a ‘selfish’ model for the catabolism of this difficult to breakdown polysaccharide. Genomic comparison with B. thetaiotaomicron in conjunction with cell culture studies show that a cohort of highly successful members of the microbiota has evolved to consume sterically-restricted yeast glycans, an adaptation that may reflect the incorporation of eukaryotic microorganisms into the human diet. Mannan, a component of yeast cell walls, is shown to be a viable food source for Bacteroides thetaiotamicron, a dominant member of the gut microbiota, which catabolizes the mannan ‘selfishly’—countering the general assumption that multiple members of the gut microbiota take a role in, and benefit from, polysaccharide catabolism. Harry Gilbert and colleagues show that Bacteroides thetaiotaomicron, a dominant member of the human gut microbiota, can utilize α-mannose-containing complex carbohydrates derived from both host glycoproteins and yeast-derived dietary polysaccharides as a viable food source. The authors identify the genetic loci that encode the machinery that allows B. thetaiotamicron to metabolize α-mannan via large oligosaccharides that are subsequently depolymerized to mannose by the action of periplasmic enzymes. Co-culturing studies reveal a 'selfish' model for α-mannan catabolism, which runs counter to the general assumption that multiple members of the gut microbiota take a role in, and benefit from, polysaccharide catabolism. This study provides insight into how the evolution of glycan degradation in the human gut microbiota mirrors dietary changes during the course of human evolution, as yeast α-mannan has become a ubiquitous dietary component of our diet only since the acquisition of the modern human diet.

The effectiveness of the annual influenza vaccine has declined in recent years, especially for the H3N2 component, and is a concern for global public health. A major cause for this lack in effectiveness has been attributed to the egg-based vaccine production process. Substitutions on the hemagglutinin glycoprotein (HA) often arise during virus passaging that change its antigenicity and hence vaccine effectiveness. Here, we characterize the effect of a prevalent substitution, L194P, in egg-passaged H3N2 viruses. X-ray structural analysis reveals that this substitution surprisingly increases the mobility of the 190-helix and neighboring regions in antigenic site B, which forms one side of the receptor binding site (RBS) and is immunodominant in recent human H3N2 viruses. Importantly, the L194P substitution decreases binding and neutralization by an RBS-targeted broadly neutralizing antibody by three orders of magnitude and significantly changes the HA antigenicity as measured by binding of human serum antibodies. The receptor binding mode and specificity are also altered to adapt to avian receptors during egg passaging. Overall, these findings help explain the low effectiveness of the seasonal vaccine against H3N2 viruses, and suggest that alternative approaches should be accelerated for producing influenza vaccines as well as isolating clinical isolates.

Effector T cells comprise the cellular arm of the adaptive immune system and are essential for mounting immune responses against pathogens and cancer. To reach effector status, costimulation through CD28 is required. Here, we report that sialic acid-containing glycans on the surface of both T cells and APCs are alternative ligands of CD28 that compete with binding to its well-documented activatory ligand CD80 on the APC, resulting in attenuated costimulation. Removal of sialic acids enhances antigen-mediated activation of naïve T cells and also increases the revival of effector T cells made hypofunctional or exhausted via chronic viral infection. This occurs through a mechanism that is synergistic with antibody blockade of the inhibitory PD-1 axis. These results reveal a previously unrecognized role of sialic acid ligands in attenuation of CD28-mediated costimulation of T cells.

Abstract Effector T cells comprise the cellular arm of the adaptive immune system and are essential for mounting immune responses against pathogens and cancer. To reach effector status, co-stimulation through CD28 is required. Here, we report that sialic acid-containing glycans on the surface of both T cells and APCs are alternative ligands of CD28 that compete with binding to its well-documented activatory ligand CD80 on the APC, resulting in attenuated co-stimulation. Removal of sialic acids enhances T cell activation and enhances the activity of effector T cells made hypofunctional via chronic viral infection through a mechanism that is synergistic with antibody blockade of the inhibitory PD-1 axis. These results reveal a previously unrecognized role for sialic acids in attenuation of CD28 mediated co-stimulation of T cells. One Sentence Summary Sialic acids attenuate the second signal required for T cell activation.

Abstract The microbiome modulates host immunity and aids in maintenance of tolerance in the gut, where microbial and food-derived antigens are abundant. Modern lifestyle practices, including diet and antibiotic use, have depleted beneficial taxa, specifically butyrate-producing Clostridia. This depletion is associated with the rising incidence of food allergy, inflammatory bowel diseases, and other noncommunicable chronic diseases. Although butyrate is known to play important roles in regulating gut immunity and maintaining epithelial barrier function, its clinical translation is challenging due to its offensive odor and quick absorption in the upper gut. Here, we have developed two polymeric micelle systems, one with a neutral charge (NtL-ButM) and one with a negative charge (Neg-ButM) that release butyrate from their polymeric core in different regions of the gastrointestinal tract when administered intragastrically to mice. We show that these butyrate-containing micelles, used in combination, restore a barrier-protective response in mice treated with either dextran sodium sulfate or antibiotics. Moreover, butyrate micelle treatment protects peanut-allergic dysbiotic mice from an anaphylactic reaction to peanut challenge and rescues their antibiotic-induced dysbiosis by increasing the abundance of Clostridium Cluster XIVa. Butyrate micelle treatment also reduces the severity of colitis in a murine model. By restoring microbial and mucosal homeostasis, these butyrate-prodrug polymeric micelles may function as a new, antigen-agnostic approach for the treatment of allergic and inflammatory disease.

ABSTRACT In the past decade, the discovery and characterization of broadly neutralizing antibodies (bnAbs) to the highly conserved stem region of influenza hemagglutinin (HA) have provided valuable insights for development of a universal influenza vaccine. However, the genetic barrier for resistance to stem bnAbs has not been thoroughly evaluated. Here, we performed a series of deep mutational scanning experiments to probe for resistance mutations. We found that the genetic barrier to resistance to stem bnAbs is generally very low for the H3 subtype but substantially higher for the H1 subtype. Several resistance mutations in H3 cannot be neutralized by stem bnAbs at the highest concentration tested, do not reduce in vitro viral fitness and in vivo pathogenicity, and are often present in circulating strains as minor variants. Thus, H3 HAs have a higher propensity than H1 HAs to escape major stem bnAbs and creates a potential challenge in the development of a bona fide universal influenza vaccine. ONE SENTENCE SUMMARY Acquisition of resistance by influenza virus to broadly neutralizing hemagglutinin stem antibodies varies tremendously depending on subtype.

Abstract Enveloped viruses hijack not only the host translation processes, but also its glycosylation machinery, and to a variable extent cover viral surface proteins with tolerogenic host-like structures. SARS-CoV-2 surface protein S presents as a trimer on the viral surface and is covered by a dense shield of N-linked glycans, and a few O-glycosites have been reported. The location of O-glycans is controlled by a large family of initiating enzymes with variable expression in cells and tissues and hence difficult to predict. Here, we used our well-established O-glycoproteomic workflows to map the precise positions of O-linked glycosylation sites on three different entities of protein S – insect cell or human cell-produced ectodomains, or insect cell derived receptor binding domain (RBD). In total 25 O-glycosites were identified, with similar patterns in the two ectodomains of different cell origin, and a distinct pattern of the monomeric RBD. Strikingly, 16 out of 25 O-glycosites were located within three amino acids from known N-glycosites. However, O-glycosylation was primarily found on peptides that were unoccupied by N-glycans, and otherwise had low overall occupancy. This suggests possible complementary functions of O-glycans in immune shielding and negligible effects of O-glycosylation on subunit vaccine design for SARS-CoV-2.

ABSTRACT Mammalian protein N - linked glycosylation is critical for glycoprotein folding, quality control, trafficking, recognition and function. N - linked glycans are synthesized from Glc 3 Man 9 GlcNAc 2 precursors that are trimmed and modified in the endoplasmic reticulum (ER) and Golgi apparatus by glycoside hydrolases and glycosyltransferases. Endo-α-1,2-mannosidase (MANEA) is the sole endo -acting glycoside hydrolase involved in N - glycan trimming and unusually is located within the Golgi, where it allows ER escaped glycoproteins to bypass the classical N - glycosylation trimming pathway involving ER glucosidases I and II. There is considerable interest in the use of small molecules that disrupt N-linked glycosylation as therapeutic agents for diseases such as cancer and viral infection. Here we report the structure of the catalytic domain of human MANEA and complexes with substrate-derived inhibitors, which provide insight into dynamic loop movements that occur upon substrate binding. We reveal structural features of the human enzyme that explain its substrate preference and the mechanistic basis for catalysis. The structures inspired the development of new inhibitors that disrupted host protein N - glycan processing of viral glycans and reduced infectivity of bovine viral diarrhea and dengue viruses in cellular models. These results may contribute to efforts of developing broad-spectrum antiviral agents and bring about a more detailed view of the biology of mammalian glycosylation. SIGNIFICANCE STATEMENT The glycosylation of proteins is a major protein modification that occurs extensively in eukaryotes. Glycosidases in the secretory pathway that trim N-linked glycans play a key role in protein quality control and in the specific modifications leading to mature glycoproteins. Inhibition of glucosidases in the secretory pathway is a proven therapeutic strategy, and one with great promise in the treatment of viral disease. The enzyme endo-α-1,2-mannosidase, MANEA, provides an alternative processing pathway to evade glucosidase inhibitors. We report the 3D structure of human MANEA and complexes with enzyme inhibitors that we show act as antivirals for bovine viral diarrhea and human dengue viruses. The structure of MANEA will support inhibitor optimization and the development of more potent antivirals.