Salmonella enterica serovar Typhi (S. typhi) is the aetiological agent of typhoid fever, a serious invasive bacterial disease of humans with an annual global burden of approximately 16 million cases, leading to 600,000 fatalities1. Many S. enterica serovars actively invade the mucosal surface of the intestine but are normally contained in healthy individuals by the local immune defence mechanisms. However, S. typhi has evolved the ability to spread to the deeper tissues of humans, including liver, spleen and bone marrow. Here we have sequenced the 4,809,037-base pair (bp) genome of a S. typhi (CT18) that is resistant to multiple drugs, revealing the presence of hundreds of insertions and deletions compared with the Escherichia coli genome, ranging in size from single genes to large islands. Notably, the genome sequence identifies over two hundred pseudogenes, several corresponding to genes that are known to contribute to virulence in Salmonella typhimurium. This genetic degradation may contribute to the human-restricted host range for S. typhi. CT18 harbours a 218,150-bp multiple-drug-resistance incH1 plasmid (pHCM1), and a 106,516-bp cryptic plasmid (pHCM2), which shows recent common ancestry with a virulence plasmid of Yersinia pestis.

The Gram-negative bacterium Yersinia pestis is the causative agent of the systemic invasive infectious disease classically referred to as plague, and has been responsible for three human pandemics: the Justinian plague (sixth to eighth centuries), the Black Death (fourteenth to nineteenth centuries) and modern plague (nineteenth century to the present day). The recent identification of strains resistant to multiple drugs and the potential use of Y. pestis as an agent of biological warfare mean that plague still poses a threat to human health. Here we report the complete genome sequence of Y. pestis strain CO92, consisting of a 4.65-megabase (Mb) chromosome and three plasmids of 96.2 kilobases (kb), 70.3 kb and 9.6 kb. The genome is unusually rich in insertion sequences and displays anomalies in GC base-composition bias, indicating frequent intragenomic recombination. Many genes seem to have been acquired from other bacteria and viruses (including adhesins, secretion systems and insecticidal toxins). The genome contains around 150 pseudogenes, many of which are remnants of a redundant enteropathogenic lifestyle. The evidence of ongoing genome fluidity, expansion and decay suggests Y. pestis is a pathogen that has undergone large-scale genetic flux and provides a unique insight into the ways in which new and highly virulent pathogens evolve.

Most mucosal surfaces of the mammalian body are colonized by microbial communities (“microbiota”). A high density of commensal microbiota inhabits the intestine and shields from infection (“colonization resistance”). The virulence strategies allowing enteropathogenic bacteria to successfully compete with the microbiota and overcome colonization resistance are poorly understood. Here, we investigated manipulation of the intestinal microbiota by the enteropathogenic bacterium Salmonella enterica subspecies 1 serovar Typhimurium (S. Tm) in a mouse colitis model: we found that inflammatory host responses induced by S. Tm changed microbiota composition and suppressed its growth. In contrast to wild-type S. Tm, an avirulent invGsseD mutant failing to trigger colitis was outcompeted by the microbiota. This competitive defect was reverted if inflammation was provided concomitantly by mixed infection with wild-type S. Tm or in mice (IL10−/−, VILLIN-HACL4-CD8) with inflammatory bowel disease. Thus, inflammation is necessary and sufficient for overcoming colonization resistance. This reveals a new concept in infectious disease: in contrast to current thinking, inflammation is not always detrimental for the pathogen. Triggering the host's immune defence can shift the balance between the protective microbiota and the pathogen in favour of the pathogen.

The spike protein of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) is critical for virus infection through the engagement of the human ACE2 protein1 and is a major antibody target. Here we show that chronic infection with SARS-CoV-2 leads to viral evolution and reduced sensitivity to neutralizing antibodies in an immunosuppressed individual treated with convalescent plasma, by generating whole-genome ultra-deep sequences for 23 time points that span 101 days and using in vitro techniques to characterize the mutations revealed by sequencing. There was little change in the overall structure of the viral population after two courses of remdesivir during the first 57 days. However, after convalescent plasma therapy, we observed large, dynamic shifts in the viral population, with the emergence of a dominant viral strain that contained a substitution (D796H) in the S2 subunit and a deletion (ΔH69/ΔV70) in the S1 N-terminal domain of the spike protein. As passively transferred serum antibodies diminished, viruses with the escape genotype were reduced in frequency, before returning during a final, unsuccessful course of convalescent plasma treatment. In vitro, the spike double mutant bearing both ΔH69/ΔV70 and D796H conferred modestly decreased sensitivity to convalescent plasma, while maintaining infectivity levels that were similar to the wild-type virus.The spike substitution mutant D796H appeared to be the main contributor to the decreased susceptibility to neutralizing antibodies, but this mutation resulted in an infectivity defect. The spike deletion mutant ΔH69/ΔV70 had a twofold higher level of infectivity than wild-type SARS-CoV-2, possibly compensating for the reduced infectivity of the D796H mutation. These data reveal strong selection on SARS-CoV-2 during convalescent plasma therapy, which is associated with the emergence of viral variants that show evidence of reduced susceptibility to neutralizing antibodies in immunosuppressed individuals. Chronic infection with SARS-CoV-2 leads to the emergence of viral variants that show reduced susceptibility to neutralizing antibodies in an immunosuppressed individual treated with convalescent plasma.

Abstract The SARS-CoV-2 Omicron BA.1 variant emerged in 2021 1 and has multiple mutations in its spike protein 2 . Here we show that the spike protein of Omicron has a higher affinity for ACE2 compared with Delta, and a marked change in its antigenicity increases Omicron’s evasion of therapeutic monoclonal and vaccine-elicited polyclonal neutralizing antibodies after two doses. mRNA vaccination as a third vaccine dose rescues and broadens neutralization. Importantly, the antiviral drugs remdesivir and molnupiravir retain efficacy against Omicron BA.1. Replication was similar for Omicron and Delta virus isolates in human nasal epithelial cultures. However, in lung cells and gut cells, Omicron demonstrated lower replication. Omicron spike protein was less efficiently cleaved compared with Delta. The differences in replication were mapped to the entry efficiency of the virus on the basis of spike-pseudotyped virus assays. The defect in entry of Omicron pseudotyped virus to specific cell types effectively correlated with higher cellular RNA expression of TMPRSS2 , and deletion of TMPRSS2 affected Delta entry to a greater extent than Omicron. Furthermore, drug inhibitors targeting specific entry pathways 3 demonstrated that the Omicron spike inefficiently uses the cellular protease TMPRSS2, which promotes cell entry through plasma membrane fusion, with greater dependency on cell entry through the endocytic pathway. Consistent with suboptimal S1/S2 cleavage and inability to use TMPRSS2, syncytium formation by the Omicron spike was substantially impaired compared with the Delta spike. The less efficient spike cleavage of Omicron at S1/S2 is associated with a shift in cellular tropism away from TMPRSS2-expressing cells, with implications for altered pathogenesis.

Summary

 Tolerance to food antigen manifests in the absence and/or suppression of antigen-specific immune responses locally in the gut but also systemically, a phenomenon known as oral tolerance. Oral tolerance is thought to originate in the gut-draining lymph nodes, which support the generation of FoxP3⁺ regulatory T (Treg) cells. Here we use several mouse models to show that Treg cells, after their generation in lymph nodes, need to home to the gut to undergo local expansion to install oral tolerance. Proliferation of Treg cells in the intestine and production of interleukin-10 by gut-resident macrophages was blunted in mice deficient in the chemokine (C-X3-C motif) receptor 1 (CX3CR1). We propose a model of stepwise oral tolerance induction comprising the generation of Treg cells in the gut-draining lymph nodes, followed by migration into the gut and subsequent expansion of Treg cells driven by intestinal macrophages.

CD4(+)CD25(+) regulatory T (T(R)) cells can inhibit a variety of autoimmune and inflammatory diseases, but the precise mechanisms by which they suppress immune responses in vivo remain unresolved. Here, we have used Helicobacter hepaticus infection of T cell-reconstituted recombination-activating gene (RAG)(-/-) mice as a model to study the ability of CD4(+)CD25(+) T(R) cells to inhibit bacterially triggered intestinal inflammation. H. hepaticus infection elicited both T cell-mediated and T cell-independent intestinal inflammation, both of which were inhibited by adoptively transferred CD4(+)CD25(+) T(R) cells. T cell-independent pathology was accompanied by activation of the innate immune system that was also inhibited by CD4(+)CD25(+) T(R) cells. Suppression of innate immune pathology was dependent on T cell-derived interleukin 10 and also on the production of transforming growth factor beta. Thus, CD4(+)CD25(+) T(R) cells do not only suppress adaptive T cell responses, but are also able to control pathology mediated by innate immune mechanisms.

Interferon-inducible transmembrane (IFITM) protein 3 is shown to be an innate defence mechanism against viral infection in vivo; furthermore, a subset of the patients hospitalized during the H1N1 2009 pandemic carried a variant form of the IFITM3 gene. Interferon-inducible transmembrane (IFITM) proteins restrict the replication of certain pathogenic viruses, but no in vivo role for these proteins has been known until now. Paul Kellam and colleagues now report that IFITM3 is essential for protecting mice infected with influenza viruses from developing fulminant viral pneumonia. The authors further find that a small subset of humans hospitalized for infection with pandemic H1N1/09 swine flu or seasonal influenza virus carried a variant of IFITM3 with reduced antiviral activity. These results suggest that IFITM3 has a pivotal role in defence against influenza infection. The 2009 H1N1 influenza pandemic showed the speed with which a novel respiratory virus can spread and the ability of a generally mild infection to induce severe morbidity and mortality in a subset of the population. Recent in vitro studies show that the interferon-inducible transmembrane (IFITM) protein family members potently restrict the replication of multiple pathogenic viruses1,2,3,4,5,6,7. Both the magnitude and breadth of the IFITM proteins’ in vitro effects suggest that they are critical for intrinsic resistance to such viruses, including influenza viruses. Using a knockout mouse model8, we now test this hypothesis directly and find that IFITM3 is essential for defending the host against influenza A virus in vivo. Mice lacking Ifitm3 display fulminant viral pneumonia when challenged with a normally low-pathogenicity influenza virus, mirroring the destruction inflicted by the highly pathogenic 1918 ‘Spanish’ influenza9,10. Similar increased viral replication is seen in vitro, with protection rescued by the re-introduction of Ifitm3. To test the role of IFITM3 in human influenza virus infection, we assessed the IFITM3 alleles of individuals hospitalized with seasonal or pandemic influenza H1N1/09 viruses. We find that a statistically significant number of hospitalized subjects show enrichment for a minor IFITM3 allele (SNP rs12252-C) that alters a splice acceptor site, and functional assays show the minor CC genotype IFITM3 has reduced influenza virus restriction in vitro. Together these data reveal that the action of a single intrinsic immune effector, IFITM3, profoundly alters the course of influenza virus infection in mouse and humans.

Vibrio cholerae is a globally important pathogen that is endemic in many areas of the world and causes 3-5 million reported cases of cholera every year. Historically, there have been seven acknowledged cholera pandemics; recent outbreaks in Zimbabwe and Haiti are included in the seventh and ongoing pandemic. Only isolates in serogroup O1 (consisting of two biotypes known as 'classical' and 'El Tor') and the derivative O139 can cause epidemic cholera. It is believed that the first six cholera pandemics were caused by the classical biotype, but El Tor has subsequently spread globally and replaced the classical biotype in the current pandemic. Detailed molecular epidemiological mapping of cholera has been compromised by a reliance on sub-genomic regions such as mobile elements to infer relationships, making El Tor isolates associated with the seventh pandemic seem superficially diverse. To understand the underlying phylogeny of the lineage responsible for the current pandemic, we identified high-resolution markers (single nucleotide polymorphisms; SNPs) in 154 whole-genome sequences of globally and temporally representative V. cholerae isolates. Using this phylogeny, we show here that the seventh pandemic has spread from the Bay of Bengal in at least three independent but overlapping waves with a common ancestor in the 1950s, and identify several transcontinental transmission events. Additionally, we show how the acquisition of the SXT family of antibiotic resistance elements has shaped pandemic spread, and show that this family was first acquired at least ten years before its discovery in V. cholerae.