Mosquitoes are vectors of parasitic and viral diseases of immense importance for public health. The acquisition of the genome sequence of the yellow fever and Dengue vector, Aedes aegypti ( Aa ), has enabled a comparative phylogenomic analysis of the insect immune repertoire: in Aa , the malaria vector Anopheles gambiae ( Ag ), and the fruit fly Drosophila melanogaster ( Dm ). Analysis of immune signaling pathways and response modules reveals both conservative and rapidly evolving features associated with different functional gene categories and particular aspects of immune reactions. These dynamics reflect in part continuous readjustment between accommodation and rejection of pathogens and suggest how innate immunity may have evolved.

Abstract The intestine is an organ where immune and metabolic functions are co-ordinated with tissue renewal via progenitor somatic stem cells (PSSCs). How this is achieved is still unclear. We report that in Drosophila , a generalised infection increased PSSC numbers. This was mimicked by expressing a constitutive form of the immune receptor Toll in PSSCs and blocked when Toll was silenced via RNAi. Without infection, absence of bacterial recognition and downstream Toll signalling resulted in a short lifespan and an age-dependent decrease of PSSCs and gut microbiota. The latter implied a metabolic environment incompatible with the presence of bacteria. Indeed, infection or constitutive Toll signalling in PSSCs triggered 4E-BP transcription in enterocytes, while loss of signalling reduced it. 4E-BP controlled fat levels and sustained the microbiota suggesting that Toll-dependent regulation of 4E-BP was important for long-term gut function. Therefore, the Toll pathway is crucial for responses to both infection and microbiota.

Summary Risk of neurodegenerative disease such as late onset Alzheimer’s is linked to aberrant ubiquitinylation and accumulation of non-degraded proteins in brain cells. A glial network of innate immune genes modulates inflammatory responses to such protein deposition. However, vulnerability differs between the sexes. Here, we show that the Drosophila homologue of the deubiquitylase Trabid can align the sex-specific aspects of neurodegenerative phenotypes with changes in ubiquitylation and inflammatory activity. An enzymatically null Trabid in flies, caused sex-specific changes in locomotion, sleep patterns, brain histology and ultimately, lifespan. These changes were underscored by altered ubiquitin and proteome enrichment profiles and the same enzymatic activity as its human counterpart. When the sex-determination gene transformer was silenced in astrocytes or immunocompetent tissues, sex differences were significantly reduced. Our results indicate that Trabid underscores sex-specificity in disease neurology, by controlling the balance between ubiquitylation and inflammation.

Trypanosomatid parasites are causative agents of important human and animal diseases such as sleeping sickness and leishmaniasis. Most trypanosomatids are transmitted to their mammalian hosts by insects, often belonging to Diptera (or true flies). With resistance to both vector-targeted pesticides and trypanocidal drugs being reported, there is a need for novel transmission blocking strategies to be developed. Studies using the blood-feeding vectors themselves are not broadly accessible, as such, new model systems are being developed to unpick insect-trypanosmatids interactions. One such case is the interactions between the model dipteran Drosophila melanogaster and its natural trypanosomatid Herpetomonas muscarum. Our previous work has found that much of the transcriptomic changes triggered in H. muscarum after ingestion by Drosophila reflect what is known for disease-causing trypanosomatids. Here we describe a set of tools to genetically manipulate the parasite and therefore create a truly tractable insect-parasite interaction system from both sides of this association. These include transgenic fluorescently tagged parasites to follow infection dynamics in the fly gut as well as iterations of plasmids that can be used for generating knock-in and knock-out strains. The tools presented in this short report will facilitate further characterisation of trypanosomatid establishment in a model dipteran.

The nematode worm Caenorhabditis elegans depends on microbes in decaying vegetation as its food source. To survive in an environment rich in opportunistic pathogens, C. elegans has evolved an epithelial defence system where surface-exposed tissues such as epidermis, pharynx, intestine, vulva and hindgut have the capacity of eliciting appropriate immune defences to acute gut infection. However, it is unclear how the worm responds to chronic intestinal infections. To this end, we have surveyed C. elegans mutants that are involved in inflammation, immunity and longevity to find their phenotypes during chronic infection. Worms that grew in a monoculture of the natural pathogen Microbacterium nematophilum (CBX102 strain) had a reduced lifespan and health span. This was independent of intestinal colonisation as both CBX102 and the derived avirulent strain UV336 were early persistent colonisers. In contrast, long-lived daf-2 mutants were resistant to chronic infection, showing reduced colonisation and a higher age-dependent vigour. In fact, UV336 acted as a probiotic in daf-2, showing a lifespan extension beyond OP50, the E. coli strain used for laboratory C. elegans culture. Longevity and vigour of daf-2 mutants growing on CBX102 was dependent on the FOXO orthologue DAF-16. Since the DAF-2/DAF-16 axis is present in most metazoans this suggests an evolutionary conserved host mechanism to modify a pathogen to a commensal.

Dipteran insects transmit diseases to humans, often in the form of trypanosomatid parasites. To accelerate research in more difficult contexts of dipteran-parasite relationships, we studied the interaction of the model dipteran Drosophila melanogaster and its natural trypanosomatid Herpetomonas muscarum. Parasite infection reduced fecundity but not lifespan in NF-κB/Relish-deficient flies. Gene expression analysis implicated the two NF-κB pathways Toll and Imd as well as STAT signalling. Tissue specific knockdown of key components of these pathways in enterocytes (ECs) and intestinal progenitor cells influenced initial numbers, infection dynamics and time of clearance. Herpetomonas triggered STAT activation and proliferation of Intestinal Stem Cells (ISCs). Loss of Relish suppressed the latter, resulting in increased parasite numbers and delayed clearance. Finally, loss of Toll signalling decreased EC numbers and enabled parasite persistence. This network of signalling may represent a general mechanism of the dipteran early response to trypanosomatids, crucial for parasite establishment and therefore transmission.

Candida glabrata (C. glabrata) forms part of the normal human gut microbiota but can cause life-threatening invasive infections in immune-compromised individuals. C. glabrata displays high resistance to common azole antifungals, which necessitates new treatments. In this investigation, we identified five C. glabrata deletion mutants (∆ada2, ∆bas1, ∆hir3, ∆ino2 and ∆met31) from a library of 196 transcription factor mutants that were unable to grow and activate an immune response in Drosophila larvae. This highlighted the importance of these transcription factors in C. glabrata infectivity. Further ex vivo investigation into these mutants revealed the requirement of C. glabrata ADA2 for oxidative stress tolerance. We confirmed this observation in vivo whereby growth of the C. glabrata Δada2 strain was permitted only in flies with suppressed production of reactive oxygen species (ROS). Conversely, overexpression of ADA2 promoted C. glabrata replication in infected wild type larvae resulting in larval killing. We propose that ADA2 orchestrates the response of C. glabrata against ROS-mediated immune defences during infection. With the need to find alternative antifungal treatment for C. glabrata infections, genes required for survival in the host environment, such as ADA2, provide promising potential targets.

Trypanosomatid parasites are causative agents of important human and animal diseases such as sleeping sickness and leishmaniasis. Most trypanosomatids are transmitted to their mammalian hosts by insects, often belonging to Diptera (or true flies). These are called dixenous trypanosomatids since they infect two different hosts, in contrast to those that infect just insects (monoxenous). However, it is still unclear whether dixenous and monoxenous trypanosomatids interact similarly with their insect host, as fly-monoxenous trypanosomatid interaction systems are rarely reported and understudied despite being common in nature. Here we present the genome of monoxenous trypanosomatid Herpetomonas muscarum and discuss its transcriptome during in vitro culture and during infection of its natural insect host Drosophila melanogaster. The H. muscarum genome is broadly syntenic with that of human parasite Leishmania major. We also found strong similarities between the H. muscarum transcriptome during fruit fly infection, and those of Leishmania during sand fly infections. Overall this suggests Drosophila-Herpetomonas is a suitable model for less accessible insect-trypanosomatid host-parasite systems such as sand fly-Leishmania.

Leishmaniasis, caused by parasites of the genus Leishmania , is a disease that effects up to 8 million people worldwide. Parasites are transmitted to human and animal hosts through the bite of an infected sand fly. Novel strategies for disease control, require a better understanding of the key step for transmission namely, the establishment of infection inside the fly. In this work we wanted to identify fly transcriptomic signatures associated with infection success or failure. We used next generation sequencing to describe the transcriptome of the sand fly Phlebotomus papatasi when fed with blood alone or with blood containing one of three trypanosomatids: Leishmania major , Leishmania donovani and Herpetomonas muscarum : a parasite not transmitted to humans. Of these, only L. major was able to successfully establish an infection in P. papatasi . However, the transcriptional signatures observed were not specific to success or failure of infection but a generalised response to the blood meal. This implies that sand flies perceive Leishmania as just a feature of their microbiome landscape and that any strategy to tackle transmission should focus on the response towards the blood meal rather than parasite establishment.

During peptidoglycan recycling (PR) bacteria can recover extracellular fragments of peptidoglycan (PGN) liberated by peptidoglycan turnover (PT) during cell growth and division, and reuse them in cell wall biosynthesis or central carbon metabolism. In Gram-negative bacteria, PR has been well studied, and functions in the induction of resistance to certain classes of antibiotics, and in host-pathogen interaction. However, while Gram-negative cell envelope architecture allows for highly efficient PR, Gram-positive bacteria, which lack an outer cell membrane and are instead enclosed by a glycopolymer layer, can shed large quantities of PGN-derived material to the external environment during growth. Nonetheless, the occurrence of PR was recently demonstrated in several Gram-positive bacteria, including the Gram-positive bacterial pathogen Staphylococcus aureus, and its potential adaptive functions are largely unexplored. Given the known roles of PR in Gram-negative bacteria, and that Gram-positive bacteria include several important human pathogens, we asked what role PR may play during Gram-positive pathogen-host interaction. Using the model insect host Drosophila melanogaster, we demonstrate that S. aureus mutants impaired in extracellular PGN hydrolysis (Δatl) and PGN fragment uptake (ΔmurP) show differential virulence compared to their wild-type counterpart. This was linked to increased activation of the D. melanogaster Toll-cascade by spent supernatant from the Δatl mutant. Thus, we propose that S. aureus, and potentially other Gram-positive bacteria, may use extracellular PGN degradation during PT to simultaneously process PGN fragments for recycling and for immune evasion, while recovery and metabolism of peptidoglycan fragments during PR may play more subtle roles in determining virulence.