The pandemic potential of influenza A viruses (IAV) depends on the infectivity of the host, transmissibility of the virus, and susceptibility of the recipient. While virus traits supporting IAV transmission have been studied in detail using ferret and guinea pig models, there is limited understanding of host traits determining transmissibility and susceptibility because current animal models of transmission are not sufficiently tractable. Although mice remain the primary model to study IAV immunity and pathogenesis, the efficiency of IAV transmission in adult mice has been inconsistent. Here we describe an infant mouse model which support efficient transmission of IAV. We demonstrate that transmission in this model requires young age, close contact, shedding of virus particles from the upper respiratory tract (URT) of infected pups, the use of a transmissible virus strain, and a susceptible recipient. We characterize shedding as a marker of infectiousness that predicts the efficiency of transmission among different influenza virus strains. We also demonstrate that transmissibility and susceptibility to IAV can be inhibited by humoral immunity via maternal-infant transfer of IAV-specific immunoglobulins, and modifications to the URT milieu, via sialidase activity of colonizing Streptococcus pneumoniae (Spn). Due to its simplicity and efficiency, this model can be used to dissect the host's contribution to IAV transmission and explore new methods to limit contagion.

Abstract Binding of Streptococcus pneumoniae (Spn) to nasal mucus leads to entrapment and clearance via mucociliary activity during colonization. To identify Spn factors allowing for evasion of mucus binding, we used a solid-phase adherence assay with immobilized mucus of human and murine origin. Spn bound large mucus particles through interactions with carbohydrate moieties. Mutants lacking neuraminidase ( nanA ) or neuraminidase B ( nanB ) showed increased mucus binding that correlated with diminished removal of terminal sialic acid residues on bound mucus. The non-additive activity of the two enzymes raised the question why Spn expresses two neuraminidases and suggested they function in the same pathway. Transcriptional analysis demonstrated expression of nanA depends on the enzymatic function of NanB. As transcription of nanA is increased in the presence of sialic acid, our findings suggest that sialic acid liberated from host glycoconjugates by the secreted enzyme NanB induces the expression of the cell-associated enzyme NanA. The absence of detectable mucus desialylation in the nanA mutant, in which NanB is still expressed, suggests that NanA is responsible for the bulk of the modification of host glycoconjugates. Thus, our studies describe a functional role for NanB in sialic acid sensing in the host. The contribution of the neuraminidases in vivo was then assessed in a murine model of colonization. Although mucus-binding mutants showed an early advantage, this was only observed in a competitive infection, suggesting a complex role of neuraminidases. Histologic examination of the upper respiratory tract demonstrated that Spn stimulates mucus production in a neuraminidase-dependent manner. Thus, an increase production of mucus containing secretions appears to be balanced, in vivo , by decreased mucus binding. We postulate that through the combined activity of its neuraminidases, Spn evades mucus binding and mucociliary clearance, which is needed to counter neuraminidase-mediated stimulation of mucus secretions. Author Summary Streptococcus pneumoniae (Spn) is a leading mucosal pathogen, whose host interaction begins with colonization of the upper respiratory tract. While there has been extensive investigation into bacterial interaction with epithelial cells, there is little understanding of bacterial-mucus interactions. Our study used mucus of human and murine origin and a murine model of colonization to study mucus associations involving Spn. The main findings reveal i) the enzymatic activity of Spn’s neuraminidases (NanA and NanB) contribute to mucus evasion through removing terminal sialic acid, ii) the enzymatic activity of NanB controls expression of the main neuraminidase, NanA, and iii) Spn induces sialic acid containing mucus secretions in vivo in a neuraminidase-dependent manner. We postulate that during colonization, neuraminidase-dependent reduction in mucus binding enables evasion of mucociliary clearance, which is necessary to counter neuraminidase-mediated stimulation of mucus secretions. Thus, our study provides new insights into the role of Spn neuraminidases on colonization.