Abstract Heme oxygenase function is highly conserved between vertebrates where it plays important roles in normal embryonic development and controls oxidative stress. Expression of the zebrafish heme oxygenase 1 genes are known to be responsive to oxidative stress suggesting a conserved physiological function. Here we generate a knockout allele of zebrafish hmox1a and characterize the effects of hmox1a and hmox1b loss on embryonic development. We find that loss of hmox1a or hmox1b causes developmental defects in only a minority of embryos, in contrast to Hmox1 gene deletions in mice that causes loss of most embryos. Using a tail wound inflammation assay we find a conserved role for hmox1a , but not hmox1b , in normal macrophage migration to the wound site. Together our results indicate zebrafish hmox1a has clearly a partitioned role from hmox1b that is more consistent with conserved functions of mammalian Heme oxygenase 1.

Abstract Gut dysbiosis is an important modifier of pathologies including cardiovascular disease but our understanding of the role of individual microbes is limited. Here, we have used transplantation of mouse microbiota into microbiota-deficient zebrafish larvae to study the interaction between members of a mammalian high fat diet-associated gut microbiota with a lipid rich diet challenge in a tractable model species. We find zebrafish larvae are more susceptible to hyperlipidaemia when exposed to the mouse high fat-diet-associated microbiota and that this effect can be driven by two individual bacterial species fractionated from the mouse high fat-diet-associated microbiota. We find Stenotrophomonas maltophilia increases the hyperlipidaemic potential of chicken egg yolk to zebrafish larvae independent of direct interaction between S. maltophilia and the zebrafish host. Colonisation by live, or exposure to heat-killed, Enterococcus faecalis accelerates hyperlipidaemia via host Myd88 signalling. The hyperlipidaemic effect is replicated by exposure to the Gram positive Toll-like receptor agonists peptidoglycan and lipoteichoic acid in a MyD88-dependent manner. In this work, we demonstrate the applicability of zebrafish as a tractable host for the identification of gut microbes that can induce conditional host phenotypes via microbiota transplantation and subsequent challenge with a high fat diet.

Abstract Infections caused by Mycobacterium abscessus are increasing in prevalence within patient groups with respiratory comorbidities. Initial colonisation by the smooth colony M. abscessus (S) can be followed by an irreversible genetic switch into a highly inflammatory rough colony M. abscessus (R), often associated with a decline in pulmonary function. Our understanding of the role of adaptive immunity in M. abscessus pathogenesis is largely unknown. Here, we have used intraperitoneal infection of adult zebrafish to model M. abscessus pathogenesis in the context of fully functioning host immunity. We find infection with the R variant penetrates host organs causing an inflammatory immune response leading to necrotic granuloma formation within 2 weeks. The R bacilli are targeted by T cell-mediated immunity and burden is constrained. Strikingly, the S variant colonises host internal surfaces at high loads and is met with a robust innate immune response but little T cell-mediated immunity. Invasive granuloma formation is delayed in S variant infection compared to R variant infection upon which T cell-mediated immunity is required to control infection. In mixed infections, the S variant outcompetes the R variant. We also find the R variant activates host immunity to the detriment of S variant M. abscessus in mixed infections. These findings demonstrate the applicability of the adult zebrafish to model persistent M. abscessus infection and provide insight into the immunopathogenesis of chronic M. abscessus infection.

Abstract Iron homeostasis is essential for both sides of the host-pathogen interface. Restricting access of iron slows bacterial growth while iron is also a necessary co-factor for host immunity. Heme oxygenase 1 (HMOX1) is a critical regulator of iron homeostasis that catalyses the liberation of iron during degradation of heme. It is also a stress-responsive protein that can be rapidly upregulated and confers protection to the host. Although a protective role of HMOX1 has been demonstrated in a variety of diseases, the role of HMOX1 in Mycobacterium tuberculosis infection is equivocal across experiments with different host-pathogen combinations. Here we use the natural host-pathogen pairing of the zebrafish- Mycobacterium marinum infection platform to study the role of zebrafish heme oxygenase in mycobacterial infection. We identify zebrafish Hmox1a as the relevant functional paralog of mammalian HMOX1 and demonstrate a conserved role for Hmox1a in protecting the host from mycobacterial infection. Using genetic and chemical tools, we show zebrafish Hmox1a protects the host against mycobacterial infection by reducing infection-induced iron accumulation and ferroptosis.