Entamoeba histolytica is an intestinal parasite and the causative agent of amoebiasis, which is a significant source of morbidity and mortality in developing countries. Here we present the genome of E. histolytica, which reveals a variety of metabolic adaptations shared with two other amitochondrial protist pathogens: Giardia lamblia and Trichomonas vaginalis. These adaptations include reduction or elimination of most mitochondrial metabolic pathways and the use of oxidative stress enzymes generally associated with anaerobic prokaryotes. Phylogenomic analysis identifies evidence for lateral gene transfer of bacterial genes into the E. histolytica genome, the effects of which centre on expanding aspects of E. histolytica's metabolic repertoire. The presence of these genes and the potential for novel metabolic pathways in E. histolytica may allow for the development of new chemotherapeutic agents. The genome encodes a large number of novel receptor kinases and contains expansions of a variety of gene families, including those associated with virulence. Additional genome features include an abundance of tandemly repeated transfer-RNA-containing arrays, which may have a structural function in the genome. Analysis of the genome provides new insights into the workings and genome evolution of a major human pathogen.

ABSTRACT Background The protozoan parasites in the Cryptosporidium genus cause both acute diarrheal disease and subclinical (i.e. non-diarrheal) disease. It is unclear if the microbiota can influence the manifestation of diarrhea during a Cryptosporidium infection. Methods To characterize the role of the gut microbiota in diarrheal cryptosporidiosis, the microbiome composition of both diarrheal and surveillance Cryptosporidium -positive fecal samples was evaluated using 16S rRNA gene sequencing. Additionally, the microbiome composition prior to infection was examined to test whether a preexisting microbiome profile could influence the Cryptosporidium infection phenotype. Results Fecal microbiome composition was associated with diarrheal symptoms at two timepoints. Megasphaera was significantly less abundant in diarrheal samples when compared to subclinical samples at the time of Cryptosporidium detection (log 2 (fold change) = -4.3, p =10 −10 ) and prior to infection (log 2 (fold change) = -2.0, p =10 −4 ). Random forest classification also identified Megasphaera abundance in the pre- and post-exposure microbiota.as predictive of a subclinical infection. Conclusions Microbiome composition broadly, and specifically low Megasphaera abundance, was associated with diarrheal symptoms prior to and at the time of Cryptosporidium detection. This observation suggests that the gut microenvironment may play a role in determining the severity of a Cryptosporidium infection. Summary Megasphaera abundance in the stool of Bangladeshi infants is associated with the development of diarrhea upon infection with the Cryptosporidium parasite.

Abstract We conducted a longitudinal study of cryptosporidiosis from birth to three years of age in an urban slum of Dhaka Bangladesh. Fecal DNA was extracted from monthly surveillance samples and diarrheal stool samples collected from 392 infants from birth to three years. A pan-Cryptosporidium qPCR assay was used to identify sub-clinical and symptomatic cryptosporidiosis. Anthropometric measurements were collected quarterly to assess child nutritional status. 31% (121/392) of children experienced a single and 57% (222/392) multiple infections with Cryptosporidium . Repeat infections had a lower burden of parasites in the stool (Cq slope = −1.85; p<0.0001) and were more likely to be sub-clinical (Chi square test for trend; p=0.01). Repeat infections were associated with the development of growth faltering (Pearson correlation = −0.18; p=0.0004). High levels of fecal IgA antibodies against the Cryptosporidium Cp23 sporozoite protein at one year of life were associated with a delay in reinfection and amelioration of growth faltering through three years of life (HAZ IgA high responders −1.323 ± 0.932 versus HAZ −1.731 ± 0.984 p=0.0001). We concluded that nonsterile immunity to cryptosporidiosis in young children was associated with high levels of mucosal IgA anti-Cp23 and protection from diarrhea and growth faltering. Authors Summary Cryptosporidium is one of the top causes of diarrhea and growth faltering in Bangladesh infants. We discovered that a prior infection resulted in incomplete immunity that protected from diarrhea and growth faltering but not infection and was associated with mucosal IgA against a sporozoite surface protein Cp23. The most important implication of these findings is that a cryptosporidiosis vaccine may not need to achieve complete protection from infection to have a beneficial impact on child health.

The gut microbiome provides resistance to infection. However, the mechanisms for this are poorly understood. Colonization with the intestinal bacterium Clostridium scindens provided protection from the parasite Entamoeba histolytica via innate immunity. Introduction of C. scindens into the gut microbiota epigenetically altered and expanded bone marrow granulocyte-monocyte-progenitors (GMPs) and provided neutrophil-mediated protection against subsequent challenge with E. histolytica . Adoptive transfer of bone-marrow from C. scindens colonized-mice into naïve-mice protected against ameba infection and increased intestinal neutrophils. Because of the known ability of C. scindens to metabolize the bile salt cholate, we measured deoxycholate and discovered that it was increased in the sera of C. scindens colonized mice, as well as in children protected from amebiasis. Administration of deoxycholate alone (in the absence of C. scindens ) increased the epigenetic mediator JMJD3 and GMPs and provided protection from amebiasis. In conclusion the microbiota was shown to communicate to the bone marrow via microbially-metabolized bile salts to train innate immune memory to provide antigen-nonspecific protection from subsequent infection. This represents a novel mechanism by which the microbiome protects from disease.One Sentence Summary Introduction of the human commensal bacteria Clostridium scindens into the intestinal microbiota epigenetically alters bone marrow and protects from future parasite infection.

Background: Cryptosporidium, an apicomplexan protozoa, is a leading contributor to diarrheal morbidity and mortality in children under five years old worldwide. As there is no vaccine and no approved drug for Cryptosporidium spp. in young children, a focus on prevention of infection is critical. We undertook a pilot case-control study to define the extent of person-to-person transmission of cryptosporidiosis within families in an urban and rural community in Bangladesh. Methods: We enrolled 48 case families with a Cryptosporidium-infected child aged 6-18 months. Controls were age-sex matched Cryptosporidium-negative children (n=12). Once children were identified, we enrolled all household members. We then followed these individuals for 8 weeks, with weekly surveillance stools and testing with qPCR for Cryptosporidium spp. Findings: In the 48 case families, the rate of secondary infections with Cryptosporidium was 18.6% (22/118) compared to 0 new infections (0/35) in the 12 control families. In the 22 urban Mirpur households, the secondary attack rate was 30% (18/60) in cases compared to 0% (0/14) in controls (chi-square p = 0.018). In contrast, in the 21 rural Mirzapur households, the secondary attack rate was 6.9% (4/58) in case households compared to 0% (0/21) in controls (chi-square p = 0.22). Genotyping by gp60 demonstrated infection with the same subspecies in four of six families. Serologic response to Cryptosporidium infection was associated with younger age, longer duration of infection, and C hominis gp60_IbA9G3R2 infection. Interpretation: The high rate of secondary infection in Mirpur suggests that person-to-person transmission is likely a major source of Cryptosporidium infection for young children living in this region. GP 60 genotyping demonstrated direction of infection in 2 households, and concurrent infection in five household. Further work is needed to understand differences in transmissibility and differences in immunity to different genotypes.