Abstract Addressing the transmission enigma of the neglected disease Buruli ulcer (BU) is a World Health Organization priority. In Australia, we have observed an association between mosquitoes harboring the causative agent, Mycobacterium ulcerans , and BU. Here we tested a contaminated skin model of BU transmission by dipping the tails from healthy mice in cultures of the causative agent, Mycobacterium ulcerans . Tails were exposed to mosquito ( Aedes notoscriptus and Aedes aegypti ) blood feeding or punctured with sterile needles. Two of 11 of mice with M. ulcerans contaminated tails exposed to feeding A. notoscriptus mosquitoes developed BU. Eighteen of 20 mice subjected to contaminated tail needle puncture developed BU. Mouse tails coated only in bacteria did not develop disease. We observed a low infectious dose-50 of four colony-forming units and a median incubation time of 12 weeks, consistent with data from human infections. We have uncovered a highly efficient and biologically plausible atypical transmission mode of BU via natural or anthropogenic skin punctures. Author summary Buruli ulcer is a neglected tropical disease caused by infection with Mycobacterium ulcerans . Unfortunately, how people contract this disease is not well understood. Here we show for the first time using experimental infections in mice that a very low dose of M. ulcerans delivered beneath the skin by a minor injury caused by a blood-feeding insect (mosquito) or a needle puncture is sufficient to cause Buruli ulcer. This research provides important laboratory evidence to advance our understanding of Buruli ulcer disease transmission.

Buruli ulcer (BU), caused by Mycobacterium ulcerans, is a neglected tropical skin and soft tissue infection that is associated with disability and social stigma. The mainstay of BU treatment is an eight-week course of 10 mg/kg rifampin (RIF) and 150 mg/kg streptomycin (STR). Recently, the injectable STR has been shown to be replaceable with oral clarithromycin (CLR) for smaller lesions for the last four weeks of treatment. A shorter, all-oral, highly efficient regimen for BU is needed, as the long treatment duration and indirect costs currently burden patients and health systems. Increasing the dose of RIF or replacing it with the more potent rifamycin drug rifapentine (RPT) could provide such a regimen. Here, we performed a dose-ranging experiment of RIF and RPT in combination with CLR over four weeks of treatment in a mouse model of M. ulcerans disease. A clear dose-dependent effect of RIF on both clinical and microbiological outcomes was found, with no ceiling effect observed with tested doses up to 40 mg/kg. RPT-containing regimens were more effective on M. ulcerans. All RPT-containing regimens achieved culture negativity after only four weeks while only the regimen with the highest RIF dose (40 mg/kg) did so. We conclude that there is dose-dependent efficacy of both RIF and RPT and that a ceiling effect is not reached with the current standard regimen used in the clinic. A regimen based on higher rifamycin doses that are currently being evaluated against tuberculosis in clinical trials could shorten and improve therapy of Buruli ulcer.

Buruli ulcer is a neglected tropical disease caused by infection with Mycobacterium ulcerans. In this study we used a previously reported strain of M. ulcerans, genetically engineered to constitutively produce bioluminescence, to follow the progression of Buruli ulcer in mice using an in-vivo imaging (IVIS®) system. We aimed to characterize a mouse tail infection model for pathogenesis, as well as for pre-clinical vaccine and drug development research for Buruli ulcer. Immune parameters, such as antibody titers and cytokine levels, were determined throughout the course of the infection and histology specimens were examined for comparison with human pathology. Nine out of ten (90%) BALB/c mice infected subcutaneously with 105 M. ulcerans JKD8049 (containing pMV306 hsp16+luxG13) exhibited light emission from the site of infection over the course of the experiment indicating M. ulcerans growth in-vivo. Five out of ten (50%) animals developed clinical signs of disease. Antibody titers were overall low and their onset was late, as measured by responses to both heterogenous (bacterial whole cell lysate) and single antigen (Hsp18) targets. IFN- γ, and IL-10 are reported to play a vital role in host control of Buruli ulcer and these cytokines were elevated in animals with pathology. For mice with advanced pathology, histology revealed clusters of acid-fast bacilli within subcutaneous tissue 300-400 μm beneath the epidermis of the tail, with macrophage infiltration and granuloma-formation resembling human Buruli ulcer. This study has shown the utility of using bioluminescent M. ulcerans and IVIS® in a mouse tail infection model to study Buruli ulcer infection.

Telacebec (Q203) is a new anti-tubercular drug with extremely potent activity against Mycobacterium ulcerans. Here, we explored the treatment-shortening potential of Q203 alone or in combination with rifampin in a mouse footpad infection model. The first study compared Q203 at 5 and 10 mg/kg doses alone and with rifampin. Q203 alone rendered most mouse footpads culture-negative in 2 weeks. Combining Q203 with rifampin resulted in relapse-free cure 24 weeks after completing 2 weeks of treatment, compared to a 25% relapse rate in the rifampin-clarithromycin control group treated for 4 weeks. The second study explored the dose-ranging activity of Q203 alone and with RIF, including the extended activity of Q203 after treatment discontinuation. The bactericidal activity of Q203 persisted for ≥ 4 weeks beyond the last dose. All mice receiving just 1 week of Q203 at 2 and 10 mg/kg were culture-negative 4 weeks after stopping treatment. Mice receiving 2 weeks of Q203 at 0.5, 2 and 10 mg/kg were culture-negative 4 weeks after treatment. Rifampin did not increase the activity of Q203. A pharmacokinetics sub-study revealed that Q203 doses of 2-10 mg/kg in mice produce plasma concentrations similar to those produced by 100-300 mg doses in humans, with no adverse effect of rifampin on Q203 concentrations. These results indicate the extraordinary potential of Q203 to reduce the duration of treatment necessary for cure to ≤ 1 week (or 5 doses of 2-10 mg/kg) in our mouse footpad infection model and warrant further evaluation in clinical trials.

ABSTRACT The antimicrobial treatment of Mycobacterium ulcerans infection, or Buruli ulcer (BU), has a long duration and is therefore burdensome and linked to indirect costs for affected patients. The new antimycobacterial drug telacebec (Q203) has previously shown promising treatment-shortening potential in mouse models of BU. In the present study, we investigated the potential of Q203 to reduce the treatment duration further. The first experiment investigated the possibility of cure by one, three or five doses of Q203 (2 mg/kg) with or without a companion drug (bedaquiline, BDQ, clofazimine, CFZ, or clarithromycin, CLR) in immunocompetent BALB/c mice. The second experiment assessed the effect of five doses of Q203 with or without BDQ or CFZ on Mycobacterium ulcerans infection of immunocompromised SCID-beige mice with the aim to evaluate the contribution of host immunity to treatment efficacy. In BALB/c mice, a treatment duration as short as 3 days was sufficient to prevent relapse in nearly all footpads and a single dose of Q203 with or without BDQ or CFZ prevented relapse in approximately 50% of footpads. Unlike in BALB/c mice, a small percentage of SCID-beige mouse footpads were culture-positive after a treatment duration of five days, highlighting an important role of host immunity for M. ulcerans clearance. Our results confirm the marked potency and prolonged bactericidal and sterilizing effects of Q203, even in immunocompromised SCID-beige mice.