Parasitic nematodes that cause elephantiasis and river blindness threaten hundreds of millions of people in the developing world. We have sequenced the ∼90 megabase (Mb) genome of the human filarial parasite Brugia malayi and predict ∼11,500 protein coding genes in 71 Mb of robustly assembled sequence. Comparative analysis with the free-living, model nematode Caenorhabditis elegans revealed that, despite these genes having maintained little conservation of local synteny during ∼350 million years of evolution, they largely remain in linkage on chromosomal units. More than 100 conserved operons were identified. Analysis of the predicted proteome provides evidence for adaptations of B. malayi to niches in its human and vector hosts and insights into the molecular basis of a mutualistic relationship with its Wolbachia endosymbiont. These findings offer a foundation for rational drug design.

Foxp3-expressing regulatory T (T reg) cells have been implicated in parasite-driven inhibition of host immunity during chronic infection. We addressed whether parasites can directly induce T reg cells. Foxp3 expression was stimulated in naive Foxp3− T cells in mice infected with the intestinal helminth Heligmosomoides polygyrus. In vitro, parasite-secreted proteins (termed H. polygyrus excretory-secretory antigen [HES]) induced de novo Foxp3 expression in fluorescence-sorted Foxp3− splenocytes from Foxp3–green fluorescent protein reporter mice. HES-induced T reg cells suppressed both in vitro effector cell proliferation and in vivo allergic airway inflammation. HES ligated the transforming growth factor (TGF) β receptor and promoted Smad2/3 phosphorylation. Foxp3 induction by HES was lost in dominant-negative TGF-βRII cells and was abolished by the TGF-β signaling inhibitor SB431542. This inhibitor also reduced worm burdens in H. polygyrus–infected mice. HES induced IL-17 in the presence of IL-6 but did not promote Th1 or Th2 development under any conditions. Importantly, antibody to mammalian TGF-β did not recognize HES, whereas antisera that inhibited HES did not affect TGF-β. Foxp3 was also induced by secreted products of Teladorsagia circumcincta, a related nematode which is widespread in ruminant animals. We have therefore identified a novel pathway through which helminth parasites may stimulate T reg cells, which is likely to be a key part of the parasite’s immunological relationship with the host.

Although dendritic cells (DCs) are adept initiators of CD4+ T cell responses, their fundamental importance in this regard in Th2 settings remains to be demonstrated. We have used CD11c–diphtheria toxin (DTx) receptor mice to deplete CD11c+ cells during the priming stage of the CD4+ Th2 response against the parasitic helminth Schistosoma mansoni. DTx treatment significantly depleted CD11c+ DCs from all tissues tested, with 70–80% efficacy. Even this incomplete depletion resulted in dramatically impaired CD4+ T cell production of Th2 cytokines, altering the balance of the immune response and causing a shift toward IFN-γ production. In contrast, basophil depletion using Mar-1 antibody had no measurable effect on Th2 induction in this system. These data underline the vital role that CD11c+ antigen-presenting cells can play in orchestrating Th2 development against helminth infection in vivo, a response that is ordinarily balanced so as to prevent the potentially damaging production of inflammatory cytokines.

The intestinal microbiota are pivotal in determining the developmental, metabolic and immunological status of the mammalian host. However, the intestinal tract may also accommodate pathogenic organisms, including helminth parasites which are highly prevalent in most tropical countries. Both microbes and helminths must evade or manipulate the host immune system to reside in the intestinal environment, yet whether they influence each other’s persistence in the host remains unknown. We now show that abundance of Lactobacillus bacteria correlates positively with infection with the mouse intestinal nematode parasite, Heligmosomoides polygyrus, as well as with heightened regulatory T cell (Treg) and Th17 responses. Moreover, H. polygyrus raises Lactobacillus species abundance in the duodenum of C57BL/6 mice, which are highly susceptible to H. polygyrus infection, but not in BALB/c mice, which are relatively resistant. Sequencing of samples at the bacterial gyrB locus identified the principal Lactobacillus species as L. taiwanensis, a previously characterized rodent commensal. Experimental administration of L. taiwanensis to BALB/c mice elevates regulatory T cell frequencies and results in greater helminth establishment, demonstrating a causal relationship in which commensal bacteria promote infection with an intestinal parasite and implicating a bacterially-induced expansion of Tregs as a mechanism of greater helminth susceptibility. The discovery of this tripartite interaction between host, bacteria and parasite has important implications for both antibiotic and anthelmintic use in endemic human populations.

Neurocysticercosis (NCC) is caused by the presence of Taenia solium larvae in the brain and is the leading cause of adult-acquired epilepsy worldwide. However, little is known about how seizures emerge in NCC. To address this knowledge gap we used whole-cell patch-clamp electrophysiology and calcium imaging in rodent hippocampal organotypic slice cultures to identify direct effects of cestode larval products on neuronal activity. We found both whole cyst homogenate and excretory/secretory (E/S) products of Taenia larvae have an acute excitatory effect on neurons, which trigger seizure-like events in vitro. Underlying this effect was Taenia-induced neuronal depolarization, which was mediated by glutamate receptor activation but not by nicotinic acetylcholine receptors, acid-sensing ion channels nor Substance P. Glutamate assays revealed the homogenate of both Taenia crassiceps and Taenia solium larvae contained high concentrations of glutamate and that larvae of both species consistently produce and release this excitatory neurotransmitter into their immediate environment. These findings contribute towards the understanding of seizure generation in NCC.

Helminths can adapt to environmental conditions in the host, utilising anaerobic processes like fermentation and malate dismutation to produce energy from carbohydrate. Although targeting carbohydrate metabolism is an established therapeutic strategy to combat helminth infection, questions remain over the metabolic pathways they employ as adults to survive and evade host immunity. Helminths also use amino acid, polyunsaturated fatty acid (PUFA), and cholesterol metabolism, a possible strategy favouring the production of immunomodulatory compounds that may influence survival in the host. Here, we discuss the significance of these differing metabolic pathways and whether targeting of helminth metabolic pathways may allow for the development of novel anthelmintics.

Abstract Larvae of the cestodes Taenia solium and Taenia crassiceps infect the central nervous system of humans. Taenia solium larvae in the brain cause neurocysticercosis, the leading cause of adult-acquired epilepsy worldwide. Relatively little is understood about how cestode-derived products modulate host neural and immune signalling. Acetylcholinesterases, a class of enzyme that degrade acetylcholine, are produced by a host of parasitic worms to aid their survival in the host. Acetylcholine is an important signalling molecule in both the human nervous and immune systems, with powerful modulatory effects on the excitability of cortical networks. Therefore, it is important to establish whether cestode derived acetylcholinesterases may alter host neuronal cholinergic signalling. Here we make use of multiple techniques to profile acetylcholinesterase activity in different extracts of both Taenia crassiceps and Taenia solium larvae. We find that the larvae of both species contain substantial acetylcholinesterase activity. However, acetylcholinesterase activity is lower in Taenia solium as compared to Taenia crassiceps larvae. Further, whilst we observed acetylcholinesterase activity in all fractions of Taenia crassiceps larvae, including on the membrane surface and in the excreted/secreted extracts, we could not identify acetylcholinesterases on the membrane surface or in the excreted/secreted extracts of Taenia solium larvae. Finally, using whole-cell patch clamp recordings in rat hippocampal brain slice cultures, we demonstrate that Taenia larval derived acetylcholinesterases can modify neuronal responses to acetylcholine. Together, these findings highlight the possibility that Taenia larval acetylcholinesterases can interfere with cholinergic signalling in the host, potentially contributing to pathogenesis in neurocysticercosis. Author summary Infection of the human nervous system with larvae of the parasite Taenia solium is a significant cause of acquired epilepsy worldwide. Despite this, the precise cellular and molecular mechanisms underlying epileptogenesis in neurocysticercosis remain unclear. Acetylcholinesterases are a family of enzymes widely produced by helminthic parasites. These enzymes facilitate the breakdown of acetylcholine, which is also a major neurotransmitter in the human nervous system. If T. solium larvae produce acetylcholinesterases, this could potentially disrupt host cholinergic signalling, which may in turn contribute to seizures and epilepsy. We therefore set out to investigate the presence and activity of acetylcholinesterases in T. solium larvae, as well as in Taenia crassiceps larvae, a species commonly used as a model parasite in neurocysticercosis research. We found that both T. crassiceps and T. solium larvae produce acetylcholinesterases with substantial activity. We further demonstrate that the acetylcholinesterase activity in the products of these parasites is sufficient to disrupt cholinergic signalling in an ex vivo brain slice model. This study provides evidence that Taenia larvae produce acetylcholinesterases and that these can interfere with cholinergic signalling in the host and potentially contribute to pathogenesis in neurocysticercosis.