Summary

Background

 Diarrhoea is the second leading cause of mortality in children worldwide, but establishing the cause can be complicated by diverse diagnostic approaches and varying test characteristics. We used quantitative molecular diagnostic methods to reassess causes of diarrhoea in the Global Enteric Multicenter Study (GEMS). 

Methods

 GEMS was a study of moderate to severe diarrhoea in children younger than 5 years in Africa and Asia. We used quantitative real-time PCR (qPCR) to test for 32 enteropathogens in stool samples from cases and matched asymptomatic controls from GEMS, and compared pathogen-specific attributable incidences with those found with the original GEMS microbiological methods, including culture, EIA, and reverse-transcriptase PCR. We calculated revised pathogen-specific burdens of disease and assessed causes in individual children. 

Findings

 We analysed 5304 sample pairs. For most pathogens, incidence was greater with qPCR than with the original methods, particularly for adenovirus 40/41 (around five times), Shigella spp or enteroinvasive Escherichia coli (EIEC) and Campylobactor jejuni o C coli (around two times), and heat-stable enterotoxin-producing E coli ([ST-ETEC] around 1·5 times). The six most attributable pathogens became, in descending order, Shigella spp, rotavirus, adenovirus 40/41, ST-ETEC, Cryptosporidium spp, and Campylobacter spp. Pathogen-attributable diarrhoeal burden was 89·3% (95% CI 83·2–96·0) at the population level, compared with 51·5% (48·0–55·0) in the original GEMS analysis. The top six pathogens accounted for 77·8% (74·6–80·9) of all attributable diarrhoea. With use of model-derived quantitative cutoffs to assess individual diarrhoeal cases, 2254 (42·5%) of 5304 cases had one diarrhoea-associated pathogen detected and 2063 (38·9%) had two or more, with Shigella spp and rotavirus being the pathogens most strongly associated with diarrhoea in children with mixed infections. 

Interpretation

 A quantitative molecular diagnostic approach improved population-level and case-level characterisation of the causes of diarrhoea and indicated a high burden of disease associated with six pathogens, for which targeted treatment should be prioritised. 

Funding

 Bill & Melinda Gates Foundation.

ABSTRACT Background The protozoan parasites in the Cryptosporidium genus cause both acute diarrheal disease and subclinical (i.e. non-diarrheal) disease. It is unclear if the microbiota can influence the manifestation of diarrhea during a Cryptosporidium infection. Methods To characterize the role of the gut microbiota in diarrheal cryptosporidiosis, the microbiome composition of both diarrheal and surveillance Cryptosporidium -positive fecal samples was evaluated using 16S rRNA gene sequencing. Additionally, the microbiome composition prior to infection was examined to test whether a preexisting microbiome profile could influence the Cryptosporidium infection phenotype. Results Fecal microbiome composition was associated with diarrheal symptoms at two timepoints. Megasphaera was significantly less abundant in diarrheal samples when compared to subclinical samples at the time of Cryptosporidium detection (log 2 (fold change) = -4.3, p =10 −10 ) and prior to infection (log 2 (fold change) = -2.0, p =10 −4 ). Random forest classification also identified Megasphaera abundance in the pre- and post-exposure microbiota.as predictive of a subclinical infection. Conclusions Microbiome composition broadly, and specifically low Megasphaera abundance, was associated with diarrheal symptoms prior to and at the time of Cryptosporidium detection. This observation suggests that the gut microenvironment may play a role in determining the severity of a Cryptosporidium infection. Summary Megasphaera abundance in the stool of Bangladeshi infants is associated with the development of diarrhea upon infection with the Cryptosporidium parasite.

Abstract Entamoeba histolytica is a pathogenic protozoan parasite that causes intestinal colitis, diarrhea, and in some cases, liver abscess. Through transcriptomics analysis, we observed that E. histolytica infection was associated with increased expression of IL-33 mRNA in both the human and murine colon. IL-33, the IL-1 family cytokine, is released after cell injury to alert the immune system of tissue damage during infection. Treatment with recombinant IL-33 protected mice from amebic infection and colonic tissue damage; moreover, blocking IL-33 signaling made mice more susceptible to infection and weight loss. IL-33 limited the recruitment of inflammatory immune cells and decreased the pro-inflammatory cytokine IL-6 in the colon. Type 2 immune responses, which are known to be involved in tissue repair, were upregulated by IL-33 treatment during amebic infection. Interestingly, administration of IL-33 protected RAG2 -/- mice but not RAG2 -/- γc -/- mice, demonstrating that IL-33 mediated protection occurred in the absence of T or B cells but required the presence of innate lymphoid cells (ILCs). IL-33 induced recruitment of ILC2 but not ILC1 and ILC3 in RAG2 -/- mice. Adoptive transfer of ILC2s to RAG2 -/- γc -/- mice restored IL-33 mediated protection. These data reveal that the IL-33-ILC2 pathway is an important host defense mechanism against amebic colitis.

The gut microbiome provides resistance to infection. However, the mechanisms for this are poorly understood. Colonization with the intestinal bacterium Clostridium scindens provided protection from the parasite Entamoeba histolytica via innate immunity. Introduction of C. scindens into the gut microbiota epigenetically altered and expanded bone marrow granulocyte-monocyte-progenitors (GMPs) and provided neutrophil-mediated protection against subsequent challenge with E. histolytica . Adoptive transfer of bone-marrow from C. scindens colonized-mice into naïve-mice protected against ameba infection and increased intestinal neutrophils. Because of the known ability of C. scindens to metabolize the bile salt cholate, we measured deoxycholate and discovered that it was increased in the sera of C. scindens colonized mice, as well as in children protected from amebiasis. Administration of deoxycholate alone (in the absence of C. scindens ) increased the epigenetic mediator JMJD3 and GMPs and provided protection from amebiasis. In conclusion the microbiota was shown to communicate to the bone marrow via microbially-metabolized bile salts to train innate immune memory to provide antigen-nonspecific protection from subsequent infection. This represents a novel mechanism by which the microbiome protects from disease.One Sentence Summary Introduction of the human commensal bacteria Clostridium scindens into the intestinal microbiota epigenetically alters bone marrow and protects from future parasite infection.

ABSTRACT Alcohol use disorder (AUD) is associated with substantial morbidity, mortality, and societal cost, and pharmacological treatment options for AUD are limited. The endogenous cannabinoid (eCB) signaling system is critically involved in reward processing and alcohol intake is positively correlated with release of the eCB ligand 2-Arachidonoylglycerol (2-AG) within reward neurocircuitry. Here we show that genetic and pharmacological inhibition of diacylglycerol lipase (DAGL), the rate limiting enzyme in the synthesis of 2-AG, reduces alcohol consumption in a variety of preclinical models ranging from a voluntary free-access model to aversion resistant-drinking, and dependence-like drinking induced via chronic intermittent ethanol vapor exposure in mice. DAGL inhibition also prevented ethanol-induced suppression of GABAergic transmission onto midbrain dopamine neurons, providing mechanistic insight into how DAGL inhibition could affect alcohol reward. Lastly, DAGL inhibition during either chronic alcohol consumption or protracted withdrawal was devoid of anxiogenic and depressive-like behavioral effects. These data suggest reducing 2-AG signaling via inhibition of DAGL could represent a novel approach to reduce alcohol consumption across the spectrum of AUD severity.

Abstract Clostridioides difficile is the leading cause of hospital-acquired gastrointestinal infection, in part due to the existence of binary toxin (CDT)-expressing hypervirulent strains. We have previously shown that CDT interacts with the TLR2/6 heterodimer to induce inflammation, and in this study we further explore this interaction as well as the contribution of the separate components of CDT, CDTa and CDTb. We found that the binding component, CDTb, is capable of inducing inflammation. Additionally, complementation of a CDT-deficient C. difficile strain with CDTb alone restored virulence in a hamster model of C. difficile infection. Overall, this study demonstrates that the binding component of C. difficile binary toxin contributes to virulence during infection.