Streptococcus pneumoniae (pneumococcus) is the most common cause of community-acquired pneumonia, with high morbidity and mortality worldwide. A major feature of pneumococcal pneumonia is an abundant neutrophil infiltration . It was recently shown that activated neutrophils release neutrophil extracellular traps (NETs), which contain antimicrobial proteins bound to a DNA scaffold. NETs provide a high local concentration of antimicrobial components and bind, disarm, and kill microbes extracellularly. Here, we show that pneumococci are trapped but, unlike many other pathogens, not killed by NETs. NET trapping in the lungs, however, may allow the host to confine the infection, reducing the likelihood for the pathogen to spread into the bloodstream. DNases are expressed by many Gram-positive bacterial pathogens, but their role in virulence is not clear. Expression of a surface endonuclease encoded by endA is a common feature of many pneumococcal strains. We show that EndA allows pneumococci to degrade the DNA scaffold of NETs and escape. Furthermore, we demonstrate that escaping NETs promotes spreading of pneumococci from the upper airways to the lungs and from the lungs into the bloodstream during pneumonia.

Streptococcus pneumoniae (pneumococcus) is a major cause of morbidity and mortality world-wide. The initial event in invasive pneumococcal disease is the attachment of encapsulated pneumococci to epithelial cells in the upper respiratory tract. This work provides evidence that initial bacterial adhesion and subsequent ability to cause invasive disease is enhanced by pili, long organelles able to extend beyond the polysaccharide capsule, previously unknown to exist in pneumococci. These adhesive pili-like appendages are encoded by the pneumococcal rlrA islet, present in some, but not all, clinical isolates. Introduction of the rlrA islet into an encapsulated rlrA -negative isolate allowed pilus expression, enhanced adherence to lung epithelial cells, and provided a competitive advantage upon mixed intranasal challenge of mice. Furthermore, a pilus-expressing rlrA islet-positive clinical isolate was more virulent than a nonpiliated deletion mutant, and it out-competed the mutant in murine models of colonization, pneumonia, and bacteremia. Additionally, piliated pneumococci evoked a higher TNF response during systemic infection, compared with nonpiliated derivatives, suggesting that pneumococcal pili not only contribute to adherence and virulence but also stimulate the host inflammatory response.

Streptococcus pneumoniae is a major cause of morbidity and mortality worldwide. Pneumococci can counteract the action of neutrophils with an antiphagocytic capsule and through electrochemical repulsion of antimicrobial peptides via addition of positive charge to the surface. Pneumococci are captured, but not killed in neutrophil extracellular traps (NETs). Here, we study the role of the polysaccharide capsule and lipoteichoic acid (LTA) modification on pneumococcal interaction with NETs. Expression of capsule (serotypes 1, 2, 4 and 9V) significantly reduced trapping by NETs, but was not required for resistance to NET-mediated killing. Pneumococci contain a dlt operon that mediates the incorporation of d-alanine residues into LTAs, thereby introducing positive charge. Genetic inactivation of dltA in non-encapsulated pneumococci rendered the organism sensitive to killing by antimicrobial components present in NETs. However, the encapsulated dltA mutant remained resistant to NET-mediated killing in vitro. Nevertheless, in a murine model of pneumococcal pneumonia, the encapsulated dltA-mutant strain was outcompeted by the wild-type upon invasion into the lungs and bloodstream. This suggests a non-redundant role for LTA alanylation in pneumococcal virulence at the early stage of invasive disease when capsule expression has been shown to be low.