Abstract Host behavioural changes are among the most apparent effects of infection. ‘Sickness behaviour’ can involve a variety of symptoms, including anorexia, depression, and changed activity levels. Here we use a real-time tracking and behavioural profiling platform to show that, in Drosophila melanogaster , many systemic bacterial infections cause significant increases in physical activity, and that the extent of this activity increase is a predictor of survival time in several lethal infections. Using various bacteria and D. melanogaster immune and activity mutants, we show that increased activity is driven by at least two different mechanisms. Increased activity after infection with Micrococcus luteus , a Gram-positive bacterium rapidly cleared by the immune response, strictly requires the Toll ligand spätzle and Toll-pathway activity in the fat body and the brain. In contrast, increased activity after infection with Francisella novicida , a Gram-negative bacterium that cannot be cleared by the immune response, is entirely independent of either spätzle or the parallel IMD pathway. The existence of multiple signalling mechanisms by which bacterial infections drive increases in physical activity implies that this effect may be an important aspect of the host response.

Abstract Immune activation drives metabolic change in most animals. Immune-induced metabolic change is most conspicuous as a driver of pathology in serious or prolonged infection, but it is normally expected to be important to support immune function and recovery. Many of the signalling mechanisms linking immune detection with metabolic regulation, and their specific consequences, are unknown. Here, we show that Drosophila melanogaster respond to many bacterial infections by altering expression of genes of the folate cycle and associated enzymes of amino acid metabolism. The net result of these changes is increased flow of carbon from glycolysis into serine and glycine synthesis and a shift of folate cycle activity from the cytosol into the mitochondrion. Immune-induced transcriptional induction of astray and Nmdmc , the two most-induced of these enzymes, depends on Dif and foxo . Loss of astray or Nmdmc results in infection-specific immune defects. Our work thus shows a key mechanism that connects immune-induced changes in metabolic signalling with the serine-folate metabolic unit to result in changed immune function.

Abstract Reproduction and immunity are crucial traits that determine an animal’s fitness. Terminal investment hypothesis predicts that reproductive investment should increase in the face of a mortality risk caused by infection. However, due to competitive allocation of energetic resources, individuals fighting infections are expected to decrease reproductive efforts. While there is evidence for both hypotheses, the factors that determine the choice between these strategies are poorly understood. Here, we assess the impact of bacterial infection on pre-copulatory behaviours in the fruit fly Drosophila melanogaster . We found that male flies infected with six different bacteria, including pathogenic and non-pathogenic strains, show no significant differences in courtship intensity and mating success. Similarly, bacterial infections did not affect sexual receptivity in female flies. Our data suggest that pre-copulatory reproductive behaviours remain preserved in infected animals, despite the huge metabolic cost of infection.

Abstract Male and female animals exhibit differences in infection outcomes. One possible source of sexually dimorphic immunity is sex-specific costs of immune activity or pathology, but little is known about the independent effects of immune-induced versus microbe-induced pathology, and whether these may differ for the sexes. Here, through measuring metabolic and physiological outputs in wild-type and immune-compromised Drosophila melanogaster , we test whether the sexes are differentially impacted by these various sources of pathology and identify a critical regulator of this difference. We find that the sexes exhibit differential immune activity but similar bacteria-derived metabolic pathology. We show that female-specific immune-inducible expression of PGRP-LB , a negative regulator of the Imd pathway, enables females to reduce immune activity in response to reductions in bacterial numbers. In the absence of PGRP-LB , females are more resistant of infection, confirming the functional importance of this regulation and suggesting that female-biased immune restriction comes at a cost.

Summary Enterococcus faecalis is a normal member of the gut microbiota and an opportunistic pathogen of many animals, including mammals, birds, and insects. It is a common cause of nosocomial infections, and is particularly troublesome due to extensive intrinsic and acquired antimicrobial resistance. Using experimental evolution, we generated Drosophila -adapted E. faecalis strains, which exhibited immune resistance, resulting in increased in vivo growth and virulence. Resistance was characterised by mutations in bacterial pathways responsive to cell envelope stress. Drosophila -adapted strains exhibited changes in sensitivity to relevant antimicrobials, including daptomycin and vancomycin. Evolved daptomycin-resistant strains harboured mutations in the same signalling systems, with some strains showing increased virulence similar to Drosophila -adapted strains. Our results show that common mechanisms provide a route to resistance to both antimicrobials and host immunity in E. faecalis and demonstrate that the selection and emergence of antibiotic resistance in vivo does not require antibiotic exposure. One sentence summary Host interaction can promote antimicrobial resistance and antimicrobial treatment can promote virulence in E. faecalis .

Unpaired ligands are secreted signals that act via a GP130-like receptor, domeless, to activate JAK-STAT signaling in Drosophila. Like many mammalian cytokines, unpaireds can be activated by infection and other stresses and can promote insulin resistance in target tissues. However, the importance of this effect in non-inflammatory physiology is unknown. Here, we identify a requirement for unpaired-JAK signaling as a metabolic regulator in healthy adult Drosophila muscle. Adult muscles show basal JAK-STAT signaling activity in the absence of any immune challenge. Macrophages are the source of much of this tonic signal. Loss of the dome receptor on adult muscles significantly reduces lifespan and causes local and systemic metabolic pathology. These pathologies result from hyperactivation of AKT and consequent deregulation of metabolism. Thus, we identify a cytokine signal from macrophages to muscle that controls AKT activity and metabolic homeostasis.

Summary Environmental factors, infection, or injury can cause oxidative stress in diverse tissues and loss of tissue homeostasis. Effective stress response cascades, conserved from invertebrates to mammals, ensure reestablishment of homeostasis and tissue repair. Hemocytes, the Drosophila blood-like cells, rapidly respond to oxidative stress by immune activation. However, the precise signals how they sense oxidative stress and integrate these signals to modulate and balance the response to oxidative stress in the adult fly are ill-defined. Furthermore, hemocyte diversification was not explored yet on oxidative stress. Here, we employed high throughput single nuclei RNA-sequencing to explore hemocytes and other cell types, such as fat body, during oxidative stress in the adult fly. We identified distinct cellular responder states in plasmatocytes, the Drosophila macrophages, associated with immune response and metabolic activation upon oxidative stress. We further define oxidative stress-induced DNA damage signaling as a key sensor and a rate-limiting step in immune-activated plasmatocytes controlling JNK-mediated release of the pro-inflammatory cytokine unpaired-3 . We subsequently tested the role of this specific immune activated cell stage during oxidative stress and found that inhibition of DNA damage signaling in plasmatocytes, as well as JNK or upd3 overactivation, result in a higher susceptibility to oxidative stress. Our findings uncover that a balanced composition and response of hemocyte subclusters is essential for the survival of adult Drosophila on oxidative stress by regulating systemic cytokine levels and cross-talk to other organs, such as the fat body, to control energy mobilization.

Lysozyme is an enzyme found in secretions including tears, saliva and mucus and is an important component of the innate immune system. It functions by hydrolysing the peptidoglycan layer of bacteria. The human pathogen Listeria monocytogenes is intrinsically lysozyme resistant. The peptidoglycan N-deacetylase PgdA and O-acetyltransferase OatA are two known factors contributing to its lysozyme resistance. Furthermore, it was shown that the absence of components of an ABC transporter, here referred to as EslABC, leads to a reduction in lysozyme resistance. However, the function of the transporter and how its activity is linked to lysozyme resistance are still unknown. To investigate this further, a strain with a deletion in eslB, coding for the membrane component of the ABC transporter, was constructed in the L. monocytogenes strain 10403S. The eslB mutant showed as expected a 40-fold reduction in the minimal inhibitory concentration to lysozyme. Using growth and autolysis assays, we further show that the absence of EslB manifests in a growth defect in media containing high concentrations of sugars and increased endogenous cell lysis. However, no growth defect could be detected within host cells. On the other hand, the eslB mutant showed slight changes in its peptidoglycan structure as well as a noticeable cell division defect and formed elongated cells. Based on our results, we hypothesize that EslB is important for the maintenance of cell wall integrity in L. monocytogenes under specific growth and stress conditions.

Abstract The immune response against an invading pathogen is generally associated with collateral tissue damage caused by the immune system itself. Consequently, several resilience mechanisms have evolved to attenuate the negative impacts of immune effectors. Antimicrobial peptides (AMPs) are small, cationic peptides that contribute to innate defenses by targeting negatively charged membranes of microbes 1, 2 . While being protective against pathogens, AMPs can be cytotoxic to host cells 1, 3 . Little is known of mechanisms that protect host tissues from AMP-induced immunopathology. Here, we reveal that a family of stress-induced proteins, the Turandots 4, 5 , protect Drosophila host tissues from AMPs, increasing resilience to stress. Deletion of several Turandot genes increases fly susceptibility to environmental stresses due to trachea apoptosis and poor oxygen supply. Tracheal cell membranes expose high levels of phosphatidylserine, a negatively charged phospholipid, sensitizing them to the action of AMPs. Turandots are secreted from the fat body upon stress and bind to tracheal cells to protect them against AMPs. In vitro , Turandot A binds to phosphatidylserine on membranes and inhibits the pore-forming activity of Drosophila and human AMPs on eukaryotic cells without affecting their microbicidal activity. Collectively, these data demonstrate that Turandot stress proteins mitigate AMP cytotoxicity to host tissues and therefore improve their efficacy. This provides a first example of a humoral mechanism used by animals limiting host-encoded AMP collateral damages.

Overnutrition with dietary sugar can worsen infection outcomes in diverse organisms including insects and humans, generally through unknown mechanisms. In the present study, we show that adult Drosophila melanogaster fed high-sugar diets became more susceptible to infection by the Gram-negative bacteria Providencia rettgeri and Serratia marcescens, although diet had no significant effect on infection by Gram-positive bacteria Enterococcus faecalis or Lactococcus lactis. We found that P. rettgeri and S. marcescens proliferate more rapidly in D. melanogaster fed a high-sugar diet, resulting in increased probability of host death. D. melanogaster become hyperglycemic on the high-sugar diet, and we find evidence that the extra carbon availability may promote S. marcescens growth within the host. However, we found no evidence that increased carbon availability directly supports greater P. rettgeri growth. D. melanogaster on both diets fully induce transcription of antimicrobial peptide (AMP) genes in response to infection, but D. melanogaster provided with high-sugar diets show reduced production of AMP protein. Thus, overnutrition with dietary sugar may impair host immunity at the level of AMP translation. Our results demonstrate that dietary sugar can shape infection dynamics by impacting both host and pathogen, depending on the nutritional requirements of the pathogen and by altering the physiological capacity of the host to sustain an immune response.