Vanessa Wong and colleagues report whole-genome sequencing of 1,832 Salmonella enterica serovar Typhi isolates from 63 endemic countries. They identify mutations that define the multidrug resistant (MDR) H58 lineage and report numerous inter- and intracontinental transmissions of this lineage as well as an ongoing MDR typhoid epidemic in Africa. The emergence of multidrug-resistant (MDR) typhoid is a major global health threat affecting many countries where the disease is endemic. Here whole-genome sequence analysis of 1,832 Salmonella enterica serovar Typhi (S. Typhi) identifies a single dominant MDR lineage, H58, that has emerged and spread throughout Asia and Africa over the last 30 years. Our analysis identifies numerous transmissions of H58, including multiple transfers from Asia to Africa and an ongoing, unrecognized MDR epidemic within Africa itself. Notably, our analysis indicates that H58 lineages are displacing antibiotic-sensitive isolates, transforming the global population structure of this pathogen. H58 isolates can harbor a complex MDR element residing either on transmissible IncHI1 plasmids or within multiple chromosomal integration sites. We also identify new mutations that define the H58 lineage. This phylogeographical analysis provides a framework to facilitate global management of MDR typhoid and is applicable to similar MDR lineages emerging in other bacterial species.

We have determined the complete genome sequences of a host-promiscuous Salmonella enterica serovar Enteritidis PT4 isolate P125109 and a chicken-restricted Salmonella enterica serovar Gallinarum isolate 287/91. Genome comparisons between these and other Salmonella isolates indicate that S . Gallinarum 287/91 is a recently evolved descendent of S. Enteritidis. Significantly, the genome of S . Gallinarum has undergone extensive degradation through deletion and pseudogene formation. Comparison of the pseudogenes in S . Gallinarum with those identified previously in other host-adapted bacteria reveals the loss of many common functional traits and provides insights into possible mechanisms of host and tissue adaptation. We propose that experimental analysis in chickens and mice of S . Enteritidis–harboring mutations in functional homologs of the pseudogenes present in S. Gallinarum could provide an experimentally tractable route toward unraveling the genetic basis of host adaptation in S. enterica .

Significance Common features have been observed in the genome sequences of bacterial pathogens that infect few hosts. These “host adaptations” include the acquisition of pathogenicity islands of multiple genes involved in disease, losses of whole genes, and even single mutations that affect gene function. Within Salmonella enterica is a natural model system of four pathogens that are each other’s closest relatives, including a host-generalist, two host-specialists, and one with strong host associations. With whole-genome sequences, we aimed to improve our understanding of the number, nature, and order of these host adaptation events, shedding light on how human and animal pathogens arose in the past, and potentially allowing us to predict how emerging pathogens will evolve in the future.

Salmonella enterica serovar Derby causes foodborne disease (FBD) outbreaks worldwide, mainly from contaminated pork but also from chickens. During a major epidemic of FBD in Uruguay due to S. enteritidis from poultry, we conducted a large survey of commercially available eggs, where we isolated many S. enteritidis strains but surprisingly also a much larger number (ratio 5:1) of S . Derby strains. No single case of S . Derby infection was detected in that period, suggesting that the S . Derby egg strains were impaired for human infection. We sequenced fourteen of these egg isolates, as well as fifteen isolates from pork or human infection that were isolated in Uruguay before and after that period, and all sequenced strains had the same sequence type (ST40). Phylogenomic analysis was conducted using more than 3,500 genomes from the same sequence type (ST), revealing that Uruguayan isolates clustered into four distantly related lineages. Population structure analysis (BAPS) suggested the division of the analyzed genomes into nine different BAPS1 groups, with Uruguayan strains clustering within four of them. All egg isolates clustered together as a monophyletic group and showed differences in gene content with the strains in the other clusters. Differences included variations in the composition of mobile genetic elements, such as plasmids, insertion sequences, transposons, and phages, between egg isolates and human/pork isolates. Egg isolates showed an acid susceptibility phenotype, reduced ability to reach the intestine after oral inoculation of mice, and reduced induction of SPI-2 ssaG gene, compared to human isolates from other monophyletic groups. Mice challenge experiments showed that mice infected intraperitoneally with human/pork isolates died between 1–7 days p.i., while all animals infected with the egg strain survived the challenge. Altogether, our results suggest that loss of genes functions, the insertion of phages and the absence of plasmids in egg isolates may explain why these S . Derby were not capable of producing human infection despite being at that time, the main serovar recovered from eggs countrywide.