We found that the autophagic machinery could effectively eliminate pathogenic group A Streptococcus (GAS) within nonphagocytic cells. After escaping from endosomes into the cytoplasm, GAS became enveloped by autophagosome-like compartments and were killed upon fusion of these compartments with lysosomes. In autophagy-deficient Atg5 –/– cells, GAS survived, multiplied, and were released from the cells. Thus, the autophagic machinery can act as an innate defense system against invading pathogens.

Streptococcus pyogenes is a major cause of necrotizing fasciitis, a life-threatening subcutaneous soft-tissue infection. At the host infection site, the local environment and interaction between host and bacteria affect bacterial gene-expression profiles, but the S. pyogenes gene-expression pattern in necrotizing fasciitis remains unknown. In this study, we used a mouse model of necrotizing fasciitis and performed RNA-sequencing (RNA-seq) analysis of S. pyogenes M1T1 strain 5448 by using infected hindlimbs obtained at 24, 48, and 96 h post-infection. The RNA-seq analysis identified 483 bacterial genes whose expression was consistently altered in the infected hindlimbs as compared to their expression under in vitro conditions. The consistently enriched genes during infection included 306 genes encoding molecules involved in virulence, carbohydrate utilization, amino acid metabolism, trace-metal transport and vacuolar ATPase transport system. Surprisingly, drastic upregulation of 3 genes, encoding streptolysin S precursor (sagA), cysteine protease (speB), and secreted DNase (spd), was noted in the mouse model of necrotizing fasciitis (log2 fold-change values: >6.0, >9.4, and >7.1, respectively). Conversely, the consistently downregulated genes included 177 genes, containing genes associated with oxidative-stress response and cell division. These results suggest that S. pyogenes in necrotizing fasciitis changes its metabolism, decreases cell proliferation, and upregulates the expression of major toxins. Our findings could provide critical information for developing novel treatment strategies and vaccines for necrotizing fasciitis.

Evolutionarily conserved virulence factors can be candidate therapeutic targets or vaccine antigens. Here, we investigated the evolutionary selective pressures on 16 pneumococcal choline-binding cell-surface proteins since Streptococcus pneumoniae is one of the pathogen posing the greatest threats to human health. Phylogenetic and molecular analyses revealed that cbpJ had the highest codon rates to total numbers of codons under significant negative selection among those examined. Our in vitro and in vivo assays indicated that CbpJ functions as a virulence factor in pneumococcal pneumonia by contributing to evasion of neutrophil killing. Deficiency of cbpL under relaxed selective pressure also caused a similar tendency but showed no significant difference in mouse intranasal infection. Thus, molecular evolutionary analysis is a powerful tool that reveals the importance of virulence factors in real-world infection and transmission, since calculations are performed based on bacterial genome diversity following transmission of infection in an uncontrolled population.

Streptococcus pneumoniae is a Gram-positive bacterium belonging to the oral streptococcus species, mitis group. This pathogen is a leading cause of community-acquired pneumonia, which often evades host immunity and causes systemic diseases, such as sepsis and meningitis. Previously, we reported that PfbA is a β-helical cell surface protein contributing to pneumococcal adhesion to and invasion of human epithelial cells in addition to its survival in blood. In the present study, we investigated the role of PfbA in pneumococcal pathogenesis. Phylogenetic analysis indicated that the pfbA gene is specific to S. pneumoniae within the mitis group. Our in vitro assays showed that PfbA inhibits neutrophil phagocytosis, leading to pneumococcal survival. We found that PfbA activates NF-κB through TLR2, but not TLR4. In addition, TLR2/4 inhibitor peptide treatment of neutrophils enhanced the survival of the S. pneumoniae ΔpfbA strain as compared to a control peptide treatment, whereas the treatment did not affect survival of a wild-type strain. In a mouse pneumonia model, the host mortality and level of TNF-α in bronchoalveolar lavage fluid were comparable between wild-type and ΔpfbA-infected mice, while deletion of pfbA increased the bacterial burden in bronchoalveolar lavage fluid. In a mouse sepsis model, the ΔpfbA strain demonstrated significantly increased host mortality and TNF-α levels in plasma, but showed reduced bacterial burden in lung and liver. These results indicate that PfbA may contribute to the success of S. pneumoniae species by inhibiting host cell phagocytosis, excess inflammation, and mortality.

Streptococcal toxic shock syndrome (STSS) caused by Streptococcus pyogenes emm 89 strains has been increasing in several countries and reported to be linked with a recently emerged clade of emm 89 strains, designated clade 3. In Japan, epidemiological and genetic information for emm 89 strains remains elusive. In this study, we utilized emm 89 strains isolated from both STSS (89 isolates) and non-STSS (72 isolates) infections in Japan from 2011 to 2019, and conducted whole-genome sequencing and comparative analysis, which resulted in classification of a large majority into clade 3 regardless of disease severity. In addition, STSS-associated genes and SNPs were found in clade 3 strains, including mutations of streptokinase (Ska), control of virulence sensor (CovS), serum opacity factor (SOF), sortase (SrtB), and fibronectin-binding protein F1 (PrtF1), and absence of the hylP1 gene encoding hyaluronidase. These findings provide insights into notable genetic features of emm 89 strains.### Competing Interest Statement

Abstract Influenza A virus (IAV) infection predisposes the host to secondary bacterial pneumonia, known as a major cause of morbidity and mortality during influenza epidemics. Analysis of interactions between IAV-infected human epithelial cells and Streptococcus pneumoniae revealed that infected cells ectopically exhibited the endoplasmic reticulum chaperon GP96 on the surface. Importantly, efficient pneumococcal adherence to epithelial cells was imparted by interactions with extracellular GP96 and integrin α V , with the surface expression mediated by GP96 chaperone activity. Furthermore, abrogation of adherence was gained by chemical inhibition or genetic knockout of GP96, as well as addition of RGD peptide. Direct binding of extracellular GP96 and pneumococci was shown to be mediated by pneumococcal oligopeptide permease components. Additionally, IAV infection induced activation of calpains and Snail1, which are responsible for degradation and transcriptional repression of junctional proteins in the host, respectively, indicating increased bacterial translocation across the epithelial barrier. Notably, treatment of IAV-infected mice with the GP96 inhibitor enhanced pneumococcal clearance from lung tissues and ameliorated lung pathology. Taken together, the present findings indicate a viral-bacterial synergy in relation to disease progression and suggest a paradigm for developing novel therapeutic strategies tailored to inhibit pneumococcal colonization in an IAV-infected respiratory tract.

Abstract Staphylococcus epidermidis is a commensal bacterium in humans. To persist in the bacterial flora of the host, some bacteria produce antibacterial factors such as the antimicrobial peptides known as bacteriocins. In this study, we tried to isolate bacteriocin-producing S. epidermidis strains. Among 150 S. epidermidis isolates from the oral cavities of 287 volunteers, we detected two bacteriocin-producing strains, KSE56 and KSE650. Complete genome sequences of the two strains confirmed that they carried the epidermin-harbouring plasmid pEpi56 and the nukacin IVK45-like- harbouring plasmid pNuk650. The amino acid sequence of epidermin from KSE56 was identical to the previously reported sequence, but the epidermin synthesis-related genes were partially different. The prepeptide amino acid sequences of nukacin KSE650 and nukacin IVK45 showed one mismatch, but both mature peptides were entirely similar. pNuk650 was larger and had an additional seven ORFs compared to pIVK45. We then investigated the antibacterial activity of the two strains against several skin and oral bacteria and found their different activity patterns. In conclusion, we report the complete sequences of 2 plasmids coding for bacteriocins from S. epidermidis , which were partially different from those previously reported. Furthermore, this is the first report to show the complete sequence of an epidermin-carrying plasmid, pEpi56.