Published October 6, 2020 | Version v1
Publication Open

Prophage exotoxins enhance colonization fitness in epidemic scarlet fever-causing Streptococcus pyogenes

Creators

  • 1. University of Queensland
  • 2. Telethon Kids Institute
  • 3. University of Western Australia
  • 4. University of Wollongong
  • 5. Illawarra Health and Medical Research Institute
  • 6. Western University
  • 7. Peter Doherty Institute
  • 8. University of Melbourne
  • 9. University of Cambridge
  • 10. Wellcome Sanger Institute
  • 11. University of California, San Diego
  • 12. University of Hong Kong
  • 13. University of Hong Kong - Shenzhen Hospital
  • 14. National Institute for Communicable Disease Control and Prevention
  • 15. Lawson Health Research Institute

Description

Abstract The re-emergence of scarlet fever poses a new global public health threat. The capacity of North-East Asian serotype M12 ( emm 12) Streptococcus pyogenes (group A Streptococcus , GAS) to cause scarlet fever has been linked epidemiologically to the presence of novel prophages, including prophage ΦHKU.vir encoding the secreted superantigens SSA and SpeC and the DNase Spd1. Here, we report the molecular characterization of ΦHKU.vir-encoded exotoxins. We demonstrate that streptolysin O (SLO)-induced glutathione efflux from host cellular stores is a previously unappreciated GAS virulence mechanism that promotes SSA release and activity, representing the first description of a thiol-activated bacterial superantigen. Spd1 is required for resistance to neutrophil killing. Investigating single, double and triple isogenic knockout mutants of the ΦHKU.vir-encoded exotoxins, we find that SpeC and Spd1 act synergistically to facilitate nasopharyngeal colonization in a mouse model. These results offer insight into the pathogenesis of scarlet fever-causing GAS mediated by prophage ΦHKU.vir exotoxins.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

ملخص تشكل عودة ظهور الحمى القرمزية تهديدًا عالميًا جديدًا للصحة العامة. تم ربط قدرة النمط المصلي لشمال شرق آسيا M12 ( EMM 12) العقدية المقيحة (المجموعة A العقدية ، الغاز) على التسبب في الحمى القرمزية من الناحية الوبائية بوجود بكتيريا جديدة، بما في ذلك بكتيريا ΦHKU.vir التي ترمز إلى المستضدات الفائقة المفرزة SSA و SpeC و DNase Spd1. هنا، نبلغ عن التوصيف الجزيئي للسموم الخارجية المشفرة ΦHKU.vir. نثبت أن تدفق الجلوتاثيون الناجم عن الستربتوليسين O (SLO) من المخازن الخلوية المضيفة هو آلية ضراوة غازية لم يتم تقديرها سابقًا تعزز إطلاق ونشاط SSA، مما يمثل أول وصف لمستضد بكتيري فائق منشط بالثيول. Spd1 مطلوب لمقاومة قتل العدلات. عند التحقيق في طفرات الضربة القاضية أحادية ومزدوجة وثلاثية المنشأ للسموم الخارجية المشفرة بـ ΦHKU.vir، نجد أن SpeC و Spd1 يعملان بشكل تآزري لتسهيل استعمار البلعوم الأنفي في نموذج الفأر. تقدم هذه النتائج نظرة ثاقبة على التسبب في الغازات المسببة للحمى القرمزية بوساطة الطلائع ΦHKU.vir السموم الخارجية.

Translated Description (French)

Résumé La réapparition de la scarlatine constitue une nouvelle menace pour la santé publique mondiale. La capacité du sérotype M12 ( emm 12) de Streptococcus pyogenes d'Asie du Nord-Est (Streptococcus du groupe A, GAS) à provoquer la scarlatine a été liée épidémiologiquement à la présence de nouveaux prophages, notamment le prophage ΦHKU.vir codant pour les superantigènes sécrétés SSA et SpeC et la DNase Spd1. Ici, nous rapportons la caractérisation moléculaire des exotoxines codées par ΦHKU.vir. Nous démontrons que l'efflux de glutathion induit par la streptolysine O (SLO) à partir des réserves cellulaires de l'hôte est un mécanisme de virulence des GAZ non apprécié auparavant qui favorise la libération et l'activité de la SSA, représentant la première description d'un superantigène bactérien activé par le thiol. La Spd1 est nécessaire pour la résistance à l'élimination des neutrophiles. En étudiant les mutants knock-out isogéniques simples, doubles et triples des exotoxines codées par ΦHKU.vir, nous constatons que SpeC et Spd1 agissent en synergie pour faciliter la colonisation nasopharyngée dans un modèle murin. Ces résultats offrent un aperçu de la pathogenèse des GAZ responsables de la scarlatine médiés par les exotoxines prophage ΦHKU.vir.

Translated Description (Spanish)

Resumen El resurgimiento de la escarlatina plantea una nueva amenaza para la salud pública mundial. La capacidad de Streptococcus pyogenes (Streptococcus del grupo A, GAS) del serotipo M12 (emm 12) del noreste asiático para causar escarlatina se ha relacionado epidemiológicamente con la presencia de nuevos profagos, incluido el profago ΦHKU.vir que codifica los superantígenos secretados SSA y SpeC y la ADNasa Spd1. Aquí, informamos la caracterización molecular de las exotoxinas codificadas por ΦHKU.vir. Demostramos que el eflujo de glutatión inducido por estreptolisina O (slo) de las reservas celulares del huésped es un mecanismo de virulencia de GAS previamente no apreciado que promueve la liberación y actividad de SSA, lo que representa la primera descripción de un superantígeno bacteriano activado por tiol. Spd1 es necesaria para la resistencia a la destrucción de neutrófilos. Investigando mutantes knockout isogénicos simples, dobles y triples de las exotoxinas codificadas por ΦHKU.vir, encontramos que SpeC y Spd1 actúan sinérgicamente para facilitar la colonización nasofaríngea en un modelo de ratón. Estos resultados ofrecen información sobre la patogénesis del GAS causante de la escarlatina mediada por las exotoxinas del profago ΦHKU.vir.

Files

s41467-020-18700-5.pdf.pdf

Files (2.4 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:66f8b1add4b75114105f0e752743ad18
2.4 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
تعزز السموم الخارجية الطليعية اللياقة الاستعمارية في البكتيريا المقيحة المسببة للحمى القرمزية الوبائية
Translated title (French)
Les exotoxines prophylactiques améliorent la capacité de colonisation dans les Streptococcus pyogenes épidémiques causant la scarlatine
Translated title (Spanish)
Las exotoxinas Profage mejoran la aptitud para la colonización en Streptococcus pyogenes causantes de la escarlatina epidémica

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3092264786
DOI
10.1038/s41467-020-18700-5

Is supplement to
https://openalex.org/W4387799346 (Other)
https://openalex.org/W4200134489 (Other)
https://openalex.org/W2993494269 (Other)
https://openalex.org/W2424456784 (Other)
https://openalex.org/W2159589519 (Other)
https://openalex.org/W2103473411 (Other)
https://openalex.org/W2100180591 (Other)
https://openalex.org/W2047996189 (Other)
https://openalex.org/W2038838144 (Other)
https://openalex.org/W2013151322 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
China

References

  • https://openalex.org/W1521212799
  • https://openalex.org/W1529959894
  • https://openalex.org/W1550776512
  • https://openalex.org/W1911762917
  • https://openalex.org/W1980169950
  • https://openalex.org/W1991168416
  • https://openalex.org/W1997424931
  • https://openalex.org/W1998405590
  • https://openalex.org/W2001129735
  • https://openalex.org/W2001553535
  • https://openalex.org/W2002112906
  • https://openalex.org/W2004189758
  • https://openalex.org/W2025516518
  • https://openalex.org/W2027213907
  • https://openalex.org/W2046248566
  • https://openalex.org/W2048086790
  • https://openalex.org/W2052008868
  • https://openalex.org/W2056390884
  • https://openalex.org/W2064065594
  • https://openalex.org/W2066937690
  • https://openalex.org/W2075907452
  • https://openalex.org/W2084776880
  • https://openalex.org/W2085997728
  • https://openalex.org/W2093130010
  • https://openalex.org/W2097390787
  • https://openalex.org/W2099797193
  • https://openalex.org/W2104934425
  • https://openalex.org/W2105430590
  • https://openalex.org/W2108166850
  • https://openalex.org/W2111307900
  • https://openalex.org/W2115251366
  • https://openalex.org/W2115632216
  • https://openalex.org/W2121433760
  • https://openalex.org/W2123167146
  • https://openalex.org/W2124961290
  • https://openalex.org/W2126592876
  • https://openalex.org/W2132878122
  • https://openalex.org/W2136134669
  • https://openalex.org/W2139304664
  • https://openalex.org/W2144959128
  • https://openalex.org/W2161834179
  • https://openalex.org/W2164952494
  • https://openalex.org/W2165977260
  • https://openalex.org/W2172658934
  • https://openalex.org/W2172769253
  • https://openalex.org/W2317467221
  • https://openalex.org/W2317581695
  • https://openalex.org/W2345715163
  • https://openalex.org/W2429451564
  • https://openalex.org/W2561814558
  • https://openalex.org/W2590425358
  • https://openalex.org/W2591616089
  • https://openalex.org/W2611169314
  • https://openalex.org/W2743039709
  • https://openalex.org/W2768964340
  • https://openalex.org/W2770025904
  • https://openalex.org/W2783502622
  • https://openalex.org/W2785768254
  • https://openalex.org/W2805404600
  • https://openalex.org/W2806127019
  • https://openalex.org/W2888511324
  • https://openalex.org/W2899044262
  • https://openalex.org/W2911269942
  • https://openalex.org/W2948232665
  • https://openalex.org/W2972628240
  • https://openalex.org/W2972653216
  • https://openalex.org/W2991649225
  • https://openalex.org/W3027378300
  • https://openalex.org/W4243260304