Strains of the Bacillus cereus (Bc) group are sporulating bacteria commonly associated with foodborne outbreaks. Spores are dormant cells highly resistant to extreme conditions. Nevertheless, the pathological processes associated with the ingestion of either vegetative cells or spores remain poorly understood. Here, we demonstrate that while ingestion of vegetative bacteria leads to their rapid elimination from the intestine of Drosophila melanogaster, a single ingestion of spores leads to the persistence of bacteria for at least 10 days. We show that spores do not germinate in the anterior part of the intestine which bears the innate immune defenses. Consequently, spores reach the posterior intestine where they germinate and activate both the Imd and Toll immune pathways. Unexpectedly, this leads to the induction of amidases, which are negative regulators of the immune response, but not to antimicrobial peptides. Thereby, the local germination of spores in the posterior intestine dampens the immune signaling that in turn fosters the persistence of Bc bacteria. This study provides evidence for how Bc spores hijack the intestinal immune defenses allowing the localized birth of vegetative bacteria responsible for the digestive symptoms associated with foodborne illness outbreaks.

SUMMARY Spores are considered as dormant entities highly resistant to extreme conditions. Among them, Bacillus cereus spores are commonly associated with foodborne outbreaks. Nevertheless, the pathological processes associated with spore ingestion and germination remain poorly understood. Here, we show that while ingestion of vegetative bacteria leads to their elimination from the midgut and small intestines of Drosophila and mice, respectively, a single ingestion of spores leads to the persistence of bacteria for at least 10 days. Using Drosophila genetics, we demonstrate that spores escape the innate immune response of the anterior midgut. Once in the posterior midgut, spores germinate, and the vegetative cells dampen the immune signaling through the induction of amidases which are negative regulators of the immune response. This study provides evidence for how B. cereus spores hijack the intestinal immune defenses allowing the localized birth of vegetative bacteria responsible for the digestive symptoms associated with foodborne illness outbreaks.

Abstract Bacillus thuringiensis subsp. kurstaki ( Btk ) is a strong pathogen toward lepidopteran larvae thanks to specific Cry toxins causing leaky gut phenotypes. Hence, Btk and its toxins are used worldwide as microbial insecticide and in genetically modified crops, respectively, to fight crop pests. However, Btk belongs to the B. cereus group, some strains of which are well known human opportunistic pathogens. Therefore, ingestion of Btk along with food may threaten organisms not susceptible to Btk infection. Here we show that Cry1A toxins induce enterocyte death and intestinal stem cell (ISC) proliferation in the midgut of Drosophila melanogaster , an organism non-susceptible to Btk . Surprisingly, a high proportion of the ISC daughter cells differentiate into enteroendocrine cells instead of their initial enterocyte destiny. We show that Cry1A toxins weaken the Cadherin-dependent adherens junction between the ISC and its immediate daughter progenitor, leading the latter to adopt an enteroendocrine fate. Hence, though not lethal to non-susceptible organisms, Cry toxins can interfere with conserved cell adhesion mechanisms, thereby disrupting intestinal homeostasis and enteroendocrine functions.

Abstract Bacillus thuringiensis (Bt), belonging to the Bacillus cereus (Bc) group, is commonly used as a biopesticide worldwide, due to its ability to produce insecticidal protein crystals during sporulation. The use of Bt, especially subspecies aizawai and kurstaki , to control pests such as Lepidoptera generally involves spraying mixtures containing spores and crystals on crops intended for human consumption. Recent studies have suggested that the consumption of commercial Bt strains may be responsible for foodborne outbreaks (FBOs). However, its genetic proximity to Bc strains has hindered the development of routine tests to discriminate Bt from other Bc, especially Bacillus cereus sensu stricto (Bc ss), also responsible for FBOs. Here, to develop tools for the detection and the discrimination of Bt in food, we carried out a genome-wide association study (GWAS) on 286 complete genomes of Bc group strains to identify and validate in silico new molecular markers specific to different Bt subtypes. The analyses led to the determination and the validation in silico of 128 molecular markers specific to Bt, its subspecies aizawai, kurstaki and four previously described proximity clusters associated with these subspecies. We developed a command line tool ( https://github.com/afelten-Anses/Bt_typing ) based on a 14-marker workflow for in silico Bt identification of a putative Bc genome with the aim of facilitating the discrimination of Bt from other Bc and between Bt subspecies, especially in the context of FBOs. Collectively, these data provide key elements for investigating Bc/Bt-associated FBOs and for monitoring Bt in food.