Abstract Tsetse flies ( Glossina spp.) house a population-dependent assortment of microorganisms that can include pathogenic African trypanosomes and maternally transmitted endosymbiotic bacteria, the latter of which mediate numerous aspects of their host’s metabolic, reproductive, and immune physiologies. One of these endosymbionts, Spiroplasma , was recently discovered to reside within multiple tissues of field captured and laboratory colonized tsetse flies grouped in the Palpalis subgenera. In various arthropods, Spiroplasma induces reproductive abnormalities and pathogen protective phenotypes. In tsetse, Spiroplasma infections also induce a protective phenotype by enhancing the fly’s resistance to infection with trypanosomes. However, the potential impact of Spiroplasma on tsetse’s viviparous reproductive physiology remains unknown. Herein we employed high-throughput RNA sequencing and laboratory-based functional assays to better characterize the association between Spiroplasma and the metabolic and reproductive physiologies of G. fuscipes fuscipes ( Gff ), a prominent vector of human disease. Using field-captured Gff , we discovered that Spiroplasma infection induces changes of sex-biased gene expression in reproductive tissues that may be critical for tsetse’s reproductive fitness. Using a Gff line composed of individuals heterogeneously infected with Spiroplasma , we observed that the bacterium and tsetse host compete for finite nutrients, which negatively impact female fecundity by increasing the length of intrauterine larval development. Additionally, we found that when males are infected with Spiroplasma , the motility of their sperm is compromised following transfer to the female spermatheca. As such, Spiroplasma infections appear to adversely impact male reproductive fitness by decreasing the competitiveness of their sperm. Finally, we determined that the bacterium is maternally transmitted to intrauterine larva at a high frequency, while paternal transmission was also noted in a small number of matings. Taken together, our findings indicate that Spiroplasma exerts a negative impact on tsetse fecundity, an outcome that could be exploited for reducing tsetse population size and thus disease transmission. Author Summary Endosymbiotic bacteria regulate numerous aspects of their host’s reproductive physiology. Natural populations of the tsetse fly, Glossina fuscipes fuscipes ( Gff ), house heterogeneous infections with the bacterium Spiroplasma glossinidia . Infection with the bacterium results in the presentation of several phenotypes in both male and female Gff that would put them at a significant reproductive disadvantage when compared to their counterparts that do not house the bacterium. These Spiroplasma induced phenotypes include changes in sex–biased gene expression in the reproductive organs, a depletion in the availability of metabolically critical lipids in pregnant females that results in delayed larval development, and compromised sperm fitness. These findings indicate that Spiroplasma exerts an overall negative impact on both male and female reproductive fitness and thus likely has a profound effect on fly population structure. This outcome, in conjunction with the fact that Spiroplasma infected tsetse are unusually refractory to infection with pathogenic African trypanosomes, indicates that the bacterium could be experimentally exploited to reduce disease transmission through the fly.

ABSTRACT Background The microbial communities residing in the mosquito midgut play a key role in determining the outcome of mosquito pathogen infection. Elizabethkingia anophelis , originally isolated from the midgut of Anopheles gambiae , has drawn much attention due to its close association with Aedes and Anopheles mosquitoes, primary vectors of dengue virus and malaria parasites, respectively. E. anophelis possesses a broad-spectrum antiviral phenotype, yet a gap in knowledge regarding the mechanistic basis of its interaction with viruses exists. Methodology/Principal findings To further understand the antiviral interactions between E. anophelis and Zika virus (ZIKV), we utilized a non-targeted multi-omics approach, analyzing lipids, proteins, and metabolites of cell monolayers co-infected with ZIKV and E. anophelis . We further assessed the gene expression of ZIKV when cultured in the presence of E. anophelis . ZIKV cultured in the presence of E. anophelis resulted in an attenuated replicative fitness and unproductive virus infection. Further, in this treatment, we observed lower levels of the nonstructural protein 5 (NS5) and RNA-directed RNA polymerase (RdRp) protein. Lastly, a significant decrease in arginine levels, an essential requirement for viral replication and progression of viral infection was observed. Conclusions/Significance This study provides insights into the molecular basis of E. anophelis antiviral phenotype. These findings improve our knowledge of how microbes and viruses interact to impact viral replication. In the future, our findings can be utilized to unravel the mechanism behind the antiviral phenotype of E. anophelis, and this can help develop novel paradigms for viral therapeutics. AUTHOR SUMMARY Zika is a re-emerging disease and is endemic in many regions of sub-Saharan Africa, Asia and Latin America. It remains a major public health threat and lacks FDA-approved therapeutics or vaccines, hence the urgent need for the identification of alternative approaches that limit the transmission of the pathogens by its primary vector, Aedes spp. The microbial communities residing in the mosquito midgut play a key role in determining the outcome of mosquito pathogen infection. Flavobacteria dominates the mosquito midgut including Elizabethkingia , which is a gram-negative bacillus prevalent in Aedes and Anopheles species of mosquitoes. E. anophelis , a poorly studied midgut microbe, has a broad-spectrum antiviral phenotype, yet the mechanism of its antiviral action is unknown. In this study, we have identified several pathways as well as Zika virus proteins perturbed when the Zika virus is cultivated in the presence of E. anophelis . Our findings do not only provide insights into microbial, virus interaction but could be harnessed to develop novel antiviral tools.

Elizabethkingia anophelis has been the cause of four outbreaks with significant morbidity and mortality. Its transmission routes remain unknown and no point source of infection has been identified. Here we show that E. anophelis can be found in the saliva of Aedes mosquitoes, suggesting the novel possibility of vector-borne transmission of this bacterium. We additionally characterized diverse microbial communities in Aedes midguts, salivary glands and saliva. To the best of our knowledge, this represents the first description of the microbiome of Aedes saliva. Further, we demonstrate that increased abundance of E. anophelis is associated with decreased susceptibility and replication of Zika virus (ZIKV) in the midgut of Aedes mosquitoes, suggesting a novel transmission barrier for arboviruses transmitted by Aedes mosquitoes. Together, these results demonstrate the complex relationships between the mosquito, the midgut microbial community and arboviruses and offer insights into the epidemiology and control of emerging bacterial and viral pathogens.Author Summary Elizabethkingia anophelis has in the recent past caused outbreaks different parts of the world resulting both in morbidity and mortality. Until now, to the best of our knowledge, no study has been able to demonstrate that this bacterium can be transmitted by mosquitoes. We have demonstrated for the first time that Elizabethkingia anophelis is present in the saliva of both infected and non-infected Aedes mosquitoes. Further, we have shown that it confers an inhibitory effect on Zika virus establishment in the midguts of Aedes mosquitoes. Together, these results potentially display the potential for vector borne transmission of E. anophelis as well as a novel transmission barrier of ZIKV. Lastly, we have for the first time characterized salivary microbes of Aedes mosquitoes necessitating the investigation of the impact of salivary microbes in severity of disease in vertebrate hosts.

Tsetse flies (Glossina spp.) are vectors of parasitic trypanosomes, which cause human (HAT) and animal African trypanosomiasis (AAT) in sub-Saharan Africa. In Uganda, Glossina fuscipes fuscipes (Gff) is the main vector of HAT, where it transmits Gambiense disease in the northwest and Rhodesiense disease in central, southeast and western regions. Endosymbionts can influence transmission efficiency of parasites through their insect vectors via conferring a protective effect against the parasite. It is known that the bacterium Spiroplasma is capable of protecting its Drosophila host from infection with a parasitic nematode. This endosymbiont can also impact its host's population structure via altering host reproductive traits. Here, we used field collections across 26 different Gff sampling sites in northern and western Uganda to investigate the association of Spiroplasma with geographic origin, seasonal conditions, Gff genetic background and sex, and trypanosome infection status. We also investigated the influence of Spiroplasma on Gff vector competence to trypanosome infections under laboratory conditions. Generalized linear models (GLM) showed that Spiroplasma probability was correlated with the geographic origin of Gff host and with the season of collection, with higher prevalence found in flies within the Albert Nile (0.42 vs 0.16) and Achwa River (0.36 vs 0.08) watersheds and with higher prevalence detected in flies collected in the intermediate than wet season. In contrast, there was no significant correlation of Spiroplasma prevalence with Gff host genetic background or sex once geographic origin was accounted for in generalized linear models. Additionally, we found a potential negative correlation of Spiroplasma with trypanosome infection, with only 2% of Spiroplasma infected flies harboring trypanosome co-infections. We also found that in a laboratory line of Gff, parasitic trypanosomes are less likely to colonize the midgut in individuals that harbor Spiroplasma infection. These results indicate that Spiroplasma infections in tsetse may be maintained by not only maternal but also via horizontal transmission routes, and Spiroplasma infections may also have important effects on trypanosome transmission efficiency of the host tsetse. Potential functional effects of Spiroplasma infection in Gff could have impacts on vector control approaches to reduce trypanosome infections.

Abstract Background Past findings demonstrate that arthropods can egest midgut microbiota into the host skin leading to dual colonization of the vertebrate host with pathogens and saliva microbiome. A knowledge gap exists on how the saliva microbiome interacts with the pathogen in the saliva. To fill this gap, we need to first define the microbial composition of mosquito saliva. Methods The current study aimed at analyzing and comparing the microbial profile of Aedes albopictus saliva and midgut as well as assessing the impact of Zika virus (ZIKV) infection on the midgut and saliva microbial composition. Colony-reared Ae. albopictus strains were either exposed to ZIKV infectious or noninfectious bloodmeal. At 14 ays postinfection, the 16S V3–V4 hypervariable rRNA region was amplified from midgut and saliva samples and sequenced on an Illumina MiSeq platform . The relative abundance and diversity of midgut and saliva microbial taxa were assessed. Results We observed a richer microbial community in the saliva compared with the midgut, yet some of the microbial taxa were common in the midgut and saliva. ZIKV infection did not impact the microbial diversity of midgut or saliva. Further, we identified Elizabethkingia spp. in the Ae. albopictus saliva. Conclusions This study provides insights into the microbial community of the Ae. albopictus saliva as well as the influence of ZIKV infection on the microbial composition of its midgut and saliva. The identification of Elizabethkingia spp., an emerging pathogen of global health significance, in Ae. albopictus saliva is of medical importance. Future studies to assess the interactions between Ae. albopictus saliva microbiome and ZIKV could lead to novel strategies for developing transmission barrier tools. Graphical Abstract