Mycobacterium marinum , a ubiquitous pathogen of fish and amphibia, is a near relative of Mycobacterium tuberculosis , the etiologic agent of tuberculosis in humans. The genome of the M strain of M. marinum comprises a 6,636,827-bp circular chromosome with 5424 CDS, 10 prophages, and a 23-kb mercury-resistance plasmid. Prominent features are the very large number of genes (57) encoding polyketide synthases (PKSs) and nonribosomal peptide synthases (NRPSs) and the most extensive repertoire yet reported of the mycobacteria-restricted PE and PPE proteins, and related-ESX secretion systems. Some of the NRPS genes comprise a novel family and seem to have been acquired horizontally. M. marinum is used widely as a model organism to study M. tuberculosis pathogenesis, and genome comparisons confirmed the close genetic relationship between these two species, as they share 3000 orthologs with an average amino acid identity of 85%. Comparisons with the more distantly related Mycobacterium avium subspecies paratuberculosis and Mycobacterium smegmatis reveal how an ancestral generalist mycobacterium evolved into M. tuberculosis and M. marinum . M. tuberculosis has undergone genome downsizing and extensive lateral gene transfer to become a specialized pathogen of humans and other primates without retaining an environmental niche. M. marinum has maintained a large genome so as to retain the capacity for environmental survival while becoming a broad host range pathogen that produces disease strikingly similar to M. tuberculosis . The work described herein provides a foundation for using M. marinum to better understand the determinants of pathogenesis of tuberculosis.

Although infections caused by methicillin-resistant Staphylococcus aureus with reduced vancomycin susceptibility (SA-RVS) have been reported from a number of countries, including Australia, the optimal therapy is unknown. We reviewed the clinical features, therapy, and outcome of 25 patients with serious infections due to SA-RVS in Australia and New Zealand. Eight patients had endocarditis, 9 had bacteremia associated with deep-seated infection, 6 had osteomyelitis or septic arthritis, and 2 had empyema. All patients had received vancomycin before the isolation of SA-RVS, and glycopeptide treatment had failed for 19 patients (76%). Twenty-one patients subsequently received active treatment, which was effective for 16 patients (76%). Eighteen patients received linezolid, which was effective in 14 (78%), including 4 patients with endocarditis. Twelve patients received a combination of rifampicin and fusidic acid. Surgical intervention was required for 15 patients (60%). Antibiotic therapy, especially linezolid with or without rifampicin and fusidic acid, in conjunction with surgical debulking is effective therapy for the majority of patients with serious infections (including endocarditis) caused by SA-RVS.

We assessed all episodes of methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA) bacteremia at our hospital during a 12-month period (n=53) and compared those due to heterogeneous vancomycin-intermediate S. aureus (hVISA; n = 5, 9.4%) with those due to vancomycin-susceptible MRSA (n=48). Patients with hVISA bacteremia were more likely to have high bacterial load infections (P=.001), vancomycin treatment failure (persistent fever and bacteremia for >7 days after the start of therapy; P<.001), and initially low serum vancomycin levels (P=.006). These clinical markers of hVISA bacteremia may help focus diagnostic efforts and treatment.

Mycobacterium ulcerans is found in aquatic ecosystems and causes Buruli ulcer in humans, a neglected but devastating necrotic disease of subcutaneous tissue that is rampant throughout West and Central Africa. Here, we report the complete 5.8-Mb genome sequence of M. ulcerans and show that it comprises two circular replicons, a chromosome of 5632 kb and a virulence plasmid of 174 kb. The plasmid is required for production of the polyketide toxin mycolactone, which provokes necrosis. Comparisons with the recently completed 6.6-Mb genome of Mycobacterium marinum revealed >98% nucleotide sequence identity and genome-wide synteny. However, as well as the plasmid, M. ulcerans has accumulated 213 copies of the insertion sequence IS 2404 , 91 copies of IS 2606 , 771 pseudogenes, two bacteriophages, and multiple DNA deletions and rearrangements. These data indicate that M. ulcerans has recently evolved via lateral gene transfer and reductive evolution from the generalist, more rapid-growing environmental species M. marinum to become a niche-adapted specialist. Predictions based on genome inspection for the production of modified mycobacterial virulence factors, such as the highly abundant phthiodiolone lipids, were confirmed by structural analyses. Similarly, 11 protein-coding sequences identified as M. ulcerans -specific by comparative genomics were verified as such by PCR screening a diverse collection of 33 strains of M. ulcerans and M. marinum . This work offers significant insight into the biology and evolution of mycobacterial pathogens and is an important component of international efforts to counter Buruli ulcer.

Mycobacterium ulcerans (MU), an emerging human pathogen harbored by aquatic insects, is the causative agent of Buruli ulcer, a devastating skin disease rife throughout Central and West Africa. Mycolactone, an unusual macrolide with cytotoxic and immunosuppressive properties, is responsible for the massive s.c. tissue destruction seen in Buruli ulcer. Here, we show that MU contains a 174-kb plasmid, pMUM001, bearing a cluster of genes encoding giant polyketide synthases (PKSs), and polyketide-modifying enzymes, and demonstrate that these are necessary and sufficient for mycolactone synthesis. This is a previously uncharacterized example of plasmid-mediated virulence in a Mycobacterium , and the emergence of MU as a pathogen most likely reflects the acquisition of pMUM001 by horizontal transfer. The 12-membered core of mycolactone is produced by two giant, modular PKSs, MLSA1 (1.8 MDa) and MLSA2 (0.26 MDa), whereas its side chain is synthesized by MLSB (1.2 MDa), a third modular PKS highly related to MLSA1. There is an extreme level of sequence identity within the different domains of the MLS cluster (>97% amino acid identity), so much so that the 16 ketosynthase domains seem functionally identical. This is a finding of significant consequence for our understanding of polyketide biochemistry. Such detailed knowledge of mycolactone will further the investigation of its mode of action and the development of urgently needed therapeutic strategies to combat Buruli ulcer.

(See the editorial commentary by Holland and Fowler Jr, on pages 329–31.) Background. There are concerns about reduced efficacy of vancomycin in patients with Staphylococcus aureus bacteremia (SAB), especially when the minimum inhibitory concentration (MIC) nears the upper limit of the susceptible range. Methods. We examined the relationship between antibiotic treatment, 30-day mortality, and microbiologic parameters in a large Australasian cohort of patients with SAB. Results. We assessed 532 patients with SAB from 8 hospitals. All patients with methicillin-resistant S. aureus (MRSA) bacteremia were treated with vancomycin, and patients with methicillin-susceptible S. aureus (MSSA) bacteremia received either flucloxacillin or vancomycin. Increasing vancomycin MIC was associated with increased mortality in vancomycin-treated patients. However, even in patients with MSSA bacteremia treated with flucloxacillin, mortality was also higher if the vancomycin Etest MIC of their isolate was >1.5 μg/mL, compared with those with lower MIC isolates (26.8% vs 12.2%; P < .001). After adjustment in a multivariate model, age, hospital-onset SAB and vancomycin MIC were independently associated with mortality, but methicillin resistance and antibiotic choice were not. Conclusions. We have confirmed an association between higher vancomycin MIC and increased mortality in patients with SAB, but surprisingly this relationship was not related to the antibiotic treatment received, suggesting that the use of vancomycin per se is not responsible for the poorer outcome.

ABSTRACT Nosocomial outbreaks of vancomycin-resistant Enterococcus faecium (VREfm) are thought to occur by transmission of VREfm between patients, predicting that infection control interventions will limit cross-transmission. Despite implementation of such strategies, the incidence of VREfm infections continues to rise. We aimed to use genomics to better understand the epidemiology of E. faecium within a large hospital and investigate the reasons for failure of infection control strategies. Whole-genome sequencing was performed on 61 E. faecium (36 VREfm) isolates, predominately from blood cultures collected at a single hospital between 1998 and 2009, and on five vanB -positive anaerobic commensal bacteria isolated from human feces. Phylogenomic analysis and precise mapping of the vanB gene, which contains the Tn 1549 transposon, showed that at least 18 of the 36 VREfm isolates had acquired the transposon via independent insertion events, indicating de novo generation of VREfm rather than cross-transmission. Furthermore, Tn 1549 sequences found in 15 of the 36 VREfm isolates were the same as the Tn 1549 sequence from one of the gut anaerobes. National and international comparator E. faecium isolates were phylogenetically interspersed with isolates from our hospital, suggesting that our findings might be globally representative. These data demonstrate that VREfm generation within a patient is common, presumably occurring in the human bowel during antibiotic therapy, and help explain our inability to reduce VREfm infections. A recommendation from our findings is that infection control practices should include screening patients for specific hospital clones of vancomycin-susceptible E. faecium rather than just VREfm. IMPORTANCE Enterococcus faecium is an increasingly important human pathogen causing predominantly antibiotic-resistant infections in hospitalized patients. Large amounts of health care funding are spent trying to control antibiotic-resistant bacteria in hospitals globally, yet in many institutions around the world, vancomycin-resistant E. faecium (VREfm) infections continue to rise. The new findings from this study help explain the failures of our current approaches to controlling vanB VREfm in health care institutions. Given the importance of this bacterium as a cause of hospital-acquired infections and the difficulties faced by infection control units in trying to prevent colonization in their institutions, the novel findings from this study provide evidence that a new approach to controlling VREfm in hospitals is required. In particular, more attention should be given to understanding the epidemiology of hospital-adapted vancomycin-susceptible E. faecium , and patients at higher risk for de novo generation of VREfm need to be identified and optimally managed.

Abstract Alcohol-based hand rubs are international pillars of hospital infection control, restricting transmission of pathogens such as Staphylococcus aureus . Despite this success, health care infections caused by Enterococcus faecium (Efm) - another multidrug resistant pathogen - are increasing. We tested alcohol tolerance of 139 hospital Efm isolates, obtained between 1997 and 2015 and found Efm post-2010 were 10-fold more tolerant to alcohol killing than older isolates. Using a mouse infection control model, we then showed that alcohol tolerant Efm resisted standard 70% isopropanol surface disinfection and led to gastrointestinal colonization significantly more often than alcohol sensitive Efm. We next looked for bacterial genomic signatures of adaptation. Tolerant Efm have independently accumulated mutations modifying genes involved in carbohydrate uptake and metabolism. Mutagenesis confirmed their roles in isopropanol tolerance. These findings suggest bacterial adaptation and complicate infection control recommendations. Additional policies and procedures to prevent Efm spread are required.

Abstract Ross River Virus and Barmah Forest Virus infections (alphaviruses) have short incubation periods and are transmitted to humans by mosquitoes. Mycobacterium ulcerans infection (Buruli ulcer) has a much longer incubation period and its mode of transmission is contested. We studied the relationship between month of notification of alphavirus infections and Buruli ulcer in the temperate Australian state of Victoria over the six-year period, 2017-2022. Using cross-correlation , a signal processing technique, we found that a five-month temporal shift in month of Buruli ulcer notification provided optimal alignment with month of alphavirus notification. This closely matches the previously determined 5-month Buruli ulcer incubation period. Inferred transmission of both conditions showed coordinated maxima in summer and autumn and coordinated minima in winter and spring. The close alignment in season of transmission of alphavirus infection and Buruli ulcer in Victoria supports mosquitoes as the primary local vector of M. ulcerans .

Abstract Addressing the transmission enigma of the neglected disease Buruli ulcer (BU) is a World Health Organization priority. In Australia, we have observed an association between mosquitoes harboring the causative agent, Mycobacterium ulcerans , and BU. Here we tested a contaminated skin model of BU transmission by dipping the tails from healthy mice in cultures of the causative agent, Mycobacterium ulcerans . Tails were exposed to mosquito ( Aedes notoscriptus and Aedes aegypti ) blood feeding or punctured with sterile needles. Two of 11 of mice with M. ulcerans contaminated tails exposed to feeding A. notoscriptus mosquitoes developed BU. Eighteen of 20 mice subjected to contaminated tail needle puncture developed BU. Mouse tails coated only in bacteria did not develop disease. We observed a low infectious dose-50 of four colony-forming units and a median incubation time of 12 weeks, consistent with data from human infections. We have uncovered a highly efficient and biologically plausible atypical transmission mode of BU via natural or anthropogenic skin punctures. Author summary Buruli ulcer is a neglected tropical disease caused by infection with Mycobacterium ulcerans . Unfortunately, how people contract this disease is not well understood. Here we show for the first time using experimental infections in mice that a very low dose of M. ulcerans delivered beneath the skin by a minor injury caused by a blood-feeding insect (mosquito) or a needle puncture is sufficient to cause Buruli ulcer. This research provides important laboratory evidence to advance our understanding of Buruli ulcer disease transmission.