Progressive myoclonus epilepsy of the Unverricht-Lundborg type (EPM1) is an autosomal recessive inherited form of epilepsy, previously linked to human chromosome 21q22.3. The gene encoding cystatin B was shown to be localized to this region, and levels of messenger RNA encoded by this gene were found to be decreased in cells from affected individuals. Two mutations, a 3′ splice site mutation and a stop codon mutation, were identified in the gene encoding cystatin B in EPM1 patients but were not present in unaffected individuals. These results provide evidence that mutations in the gene encoding cystatin B are responsible for the primary defect in patients with EPM1.

The inability to propagate obligate intracellular pathogens under axenic (host cell-free) culture conditions imposes severe experimental constraints that have negatively impacted progress in understanding pathogen virulence and disease mechanisms. Coxiella burnetii , the causative agent of human Q (Query) fever, is an obligate intracellular bacterial pathogen that replicates exclusively in an acidified, lysosome-like vacuole. To define conditions that support C. burnetii growth, we systematically evaluated the organism's metabolic requirements using expression microarrays, genomic reconstruction, and metabolite typing. This led to development of a complex nutrient medium that supported substantial growth (approximately 3 log 10 ) of C. burnetii in a 2.5% oxygen environment. Importantly, axenically grown C. burnetii were highly infectious for Vero cells and exhibited developmental forms characteristic of in vivo grown organisms. Axenic cultivation of C. burnetii will facilitate studies of the organism's pathogenesis and genetics and aid development of Q fever preventatives such as an effective subunit vaccine. Furthermore, the systematic approach used here may be broadly applicable to development of axenic media that support growth of other medically important obligate intracellular pathogens.

Two-component gene regulatory systems composed of a membrane-bound sensor and cytoplasmic response regulator are important mechanisms used by bacteria to sense and respond to environmental stimuli. Group A Streptococcus, the causative agent of mild infections and life-threatening invasive diseases, produces many virulence factors that promote survival in humans. A two-component regulatory system, designated covRS (cov, control of virulence; csrRS), negatively controls expression of five proven or putative virulence factors (capsule, cysteine protease, streptokinase, streptolysin S, and streptodornase). Inactivation of covRS results in enhanced virulence in mouse models of invasive disease. Using DNA microarrays and quantitative RT-PCR, we found that CovR influences transcription of 15% (n = 271) of all chromosomal genes, including many that encode surface and secreted proteins mediating host-pathogen interactions. CovR also plays a central role in gene regulatory networks by influencing expression of genes encoding transcriptional regulators, including other two-component systems. Differential transcription of genes influenced by covR also was identified in mouse soft-tissue infection. This analysis provides a genome-scale overview of a virulence gene network in an important human pathogen and adds insight into the molecular mechanisms used by group A Streptococcus to interact with the host, promote survival, and cause disease.

To better understand the molecular events involved in the origin of new pathogenic bacteria, we studied the evolution of a highly virulent clone of serotype M1 group A Streptococcus (GAS). Genomic, DNA-DNA microarray, and single-nucleotide polymorphism analyses indicated that this clone evolved through a series of horizontal gene transfer events that involved (1) the acquisition of prophages encoding streptococcal pyrogenic exotoxin A and extracellular DNases and (2) the reciprocal recombination of a 36-kb chromosomal region encoding the extracellular toxins NAD+-glycohydrolase (NADase) and streptolysin O (SLO). These gene transfer events were associated with significantly increased production of SLO and NADase. Virtual identity in the 36-kb region present in contemporary serotype M1 and M12 isolates suggests that a serotype M12 strain served as the donor of this region. Multiple horizontal gene transfer events were a crucial factor in the evolutionary origin and emergence of a very abundant contemporary clone of serotype M1 GAS

Protective antibodies in Plasmodium falciparum malaria are only acquired after years of repeated infections. Chronic malaria exposure is associated with a large increase in atypical memory B cells (MBCs) that resemble B cells expanded in a variety of persistent viral infections. Understanding the function of atypical MBCs and their relationship to classical MBCs will be critical to developing effective vaccines for malaria and other chronic infections. We show that VH gene repertoires and somatic hypermutation rates of atypical and classical MBCs are indistinguishable indicating a common developmental history. Atypical MBCs express an array of inhibitory receptors and B cell receptor (BCR) signaling is stunted in atypical MBCs resulting in impaired B cell responses including proliferation, cytokine production and antibody secretion. Thus, in response to chronic malaria exposure, atypical MBCs appear to differentiate from classical MBCs becoming refractory to BCR-mediated activation and potentially interfering with the acquisition of malaria immunity.

BACKGROUND. Hepatitis C virus (HCV) infects approximately 170 million people worldwide and may lead to cirrhosis and hepatocellular carcinoma in chronically infected individuals. Treatment is rapidly evolving from IFN-α–based therapies to IFN-α–free regimens that consist of directly acting antiviral agents (DAAs), which demonstrate improved efficacy and tolerability in clinical trials. Virologic relapse after DAA therapy is a common cause of treatment failure; however, it is not clear why relapse occurs or whether certain individuals are more prone to recurrent viremia.

Summary Coxiella burnetii is the causative agent of Q fever. All C. burnetii isolates encode either an autonomous replicating plasmid (QpH1, QpDG, QpRS, or QpDV) or QpRS-like chromosomally integrated plasmid sequences. The role of the ORFs present on these sequences is unknown. Here, the role of the ORFs encoded on QpH1 was investigated. Using a new C. burnetii shuttle vector (pB-TyrB-QpH1ori) we cured Nine Mile Phase II of QpH1. The ΔQpH1 strain grew normally in axenic media but had a significant growth defect in Vero cells, indicating QpH1 was important for C. burnetii virulence. We developed an inducible CRISPR interference system to examine the role of individual QpH1 plasmid genes. CRISPRi of cbuA0027 resulted in significant growth defects in axenic media and THP-1 cells. The cbuA0028 / cbuA0027 operon encodes CBUA0028 and CBUA0027, which are homologous to the HigB2 toxin and HigA2 anti-toxin, respectively, from Vibrio cholerae . Consistent with toxin-antitoxin systems, overexpression of cbuA0028 resulted in a severe intracellular growth defect that was rescued by co-expression of cbuA0027 . CBUA0028 inhibited protein translation. CBUA0027 bound the cbuA0028 promoter (P cbuA0028 ) and CBUA0028, with the resulting complex binding also P cbuA0028 . In summary, our data indicates C. burnetii maintains an autonomously replicating plasmid because of a plasmid-based toxin-antitoxin system.

Simian hemorrhagic fever virus (SHFV) causes a fulminant and typically lethal viral hemorrhagic fever (VHF) in macaques (Cercopithecinae: Macaca spp.) but causes subclinical infections in patas monkeys (Cercopithecinae: Erythrocebus patas). This difference in disease course offers a unique opportunity to compare host responses to infection by a VHF-causing virus in biologically similar susceptible and refractory animals. Patas and rhesus monkeys were inoculated side-by-side with SHFV. In contrast to the severe disease observed in rhesus monkeys, patas monkeys developed a limited clinical disease characterized by changes in complete blood counts, serum chemistries, and development of lymphadenopathy. Viremia was measurable 9 days after exposure and its duration varied by species. Infectious virus was detected in terminal tissues of both patas and rhesus monkeys. Varying degrees of overlap in changes in serum concentrations of IFN-γ, MCP-1, and IL-6 were observed between patas and rhesus monkeys, suggesting the presence of common and species-specific cytokine responses to infection. Similarly, quantitative immunohistochemistry of terminal livers and whole blood flow cytometry revealed varying degrees of overlap in changes in macrophages, natural killer cells, and T-cells. The unexpected degree of overlap in host-response suggests that relatively small subsets of a host's response to infection may be responsible for driving pathogenesis that results in a hemorrhagic fever. Furthermore, comparative SHFV infection in patas and rhesus monkeys offers an experimental model to characterize host-response mechanisms associated with viral hemorrhagic fever and evaluate pan-viral hemorrhagic fever countermeasures.

ABSTRACT The incidence of infections of the central nervous system (CNS) in humans is increasing due to emergence and reemergence of pathogens and an increase in the number of immunocompromised patients. Many viruses are opportunists and can invade the CNS if the immune response of the host is impaired. Here we investigate neuropathogenesis of a rare CNS infection in immunocompromised patients caused by astrovirus and show that it shares many features with another opportunistic infection of the CNS caused by human immunodeficiency virus. We show that astrovirus infects CNS neurons with a major impact on the brainstem. In the setting of impaired peripheral adaptive immunity, host responses in the astrovirus infected brain are skewed to the innate immune response with exuberant activation of microglia and macrophages. Astrovirus infection of neurons and responses by phagocytic cells lead to disrupted synaptic integrity, loss of afferent innervation related to infected neurons, and global impairment of both excitatory and inhibitory neurotransmission. The response employed in the CNS against opportunistic viruses, such as astrovirus and HIV, may be a common compensatory defense mechanism which inadvertently leads to loss of neural functions due to the host’s exuberant innate immune response to pathogens when adaptive immunity is impaired.