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Brucella is a facultative extracellular-intracellular pathogen that belongs to the Alphaproteo- bacteria class. Precise sensing of environmental changes and a proper response mediated by a gene expression regulatory network are essential for this pathogen to survive. The plant-related Alphaproteobacteria Sinorhizobium meliloti and Agrobacterium tumefaciens also alternate from a free to a host-associated life, where a regulatory invasion switch is needed for this transition. This switch is composed of a two-component regulatory system (TCS) and a global inhibitor, ExoR. In B. abortus, the BvrR/BvrS TCS is essential for intra- cellular survival. However, the presence of a TCS inhibitor, such as ExoR, in Brucella is still unknown. In this work, we identified a genomic sequence similar to S. meliloti exoR in the B. abortus 2308W genome, constructed an exoR mutant strain, and performed its characteri- zation through ex vivo and in vivo assays. Our findings indicate that ExoR is related to the BvrR phosphorylation state, and is related to the expression of known BvrR/BrvS gene tar- gets, such as virB8, vjbR, and omp25 when grown in rich medium or starving conditions. Despite this, the exoR mutant strain showed no significant differences as compared to the wild-type strain, related to resistance to polymyxin B or human non-immune serum, intracel- lular replication, or infectivity in a mice model. ExoR in B. abortus is related to BvrR/BvrS as observed in other Rhizobiales; however, its function seems different from that observed for its orthologs described in A. tumefaciens and S. meliloti. Brucella es un patógeno extracelular-intracelular facultativo que pertenece a la clase de las alfaproteobacterias. Para que este patógeno sobreviva, es esencial que detecte con precisión los cambios ambientales y dé una respuesta adecuada mediada por una red de regulación de la expresión génica. Las alfaproteobacterias Sinorhizobium meliloti y Agrobacterium tumefaciens, relacionadas con las plantas, también alternan entre una vida libre y otra asociada al hospedador, y para esta transición es necesario un interruptor regulador de la invasión. Este interruptor está compuesto por un sistema regulador de dos componentes (TCS) y un inhibidor global, ExoR. En B. abortus, el TCS BvrR/BvrS es esencial para la supervivencia intracelular. supervivencia intracelular. Sin embargo, la presencia de un inhibidor del TCS, como ExoR, en Brucella es aún desconocida. En este trabajo, identificamos una secuencia genómica similar a la de ExoR de S. meliloti en el genoma de B.abortus 2308W, construimos una cepa mutante de ExoR y realizamos su caracterización mediante ensayos ex vivo e in vivo. Nuestros resultados indican que ExoR está relacionado con la estado de fosforilación de BvrR, y está relacionado con la expresión de objetivos génicos conocidos de BvrR/BrvS, como virB8, vjbR y omp25 cuando se cultiva en medio rico o en condiciones de inanición. A pesar de esto, la cepa mutante exoR no mostró diferencias significativas en comparación con la cepa de tipo salvaje, relacionadas con la resistencia a la polimixina B o al suero humano no inmune, la replicación intracelular o la infectividad en un modelo de ratón. El ExoR en B. abortus está relacionado con el BvrR/BvrS como como se ha observado en otros Rhizobiales; sin embargo, su función parece diferente de la observada para sus ortólogos descritos en A. tumefaciens y S. meliloti. This work was supported by Fondos del Sistema FEES/CONARE [02-2020, 0652-19 to C. G-V], Fondos FIDA, Universidad Nacional [SIA 0047-17 to C. G-V], Espacio Universitario de Estudios Avanzados, UCREA [B8762] from the Presidency of University of Costa Rica, and the Vice Presidency for Research, University of Costa Rica [C0456 to E.C-O]. The funders had no role in study design, data collection, and analysis, decision to publish, or preparation of the manuscript. Escuela de Medicina Veterinaria

Brucellosis, caused by Brucella abortus, is a major disease of cattle and humans worldwide distributed. Eradication and control of the disease has been difficult in Central and South America, Central Asia, the Mediterranean and the Middle East. Epidemiological strategies combined with phylogenetic methods provide the high-resolution power needed to study relationships between surveillance data and pathogen population dynamics, using genetic diversity and spatiotemporal distributions. This information is crucial for prevention and control of disease spreading at a local and worldwide level. In Costa Rica (CR), the disease was first reported at the beginning of the 20th century and has not been controlled despite many efforts. We characterized 188 B. abortus isolates from CR recovered from cattle, humans and water buffalo, from 2003 to 2018, and whole genome sequencing (WGS) was performed in 95 of them. They were also assessed based on geographic origin, date of introduction, and phylogenetic associations in a worldwide and national context. Our results show circulation of five B. abortus lineages (I to V) in CR, phylogenetically related to isolates from the United States, United Kingdom, and South America. Lineage I was dominant and probably introduced at the end of the 19th century. Lineage II, represented by a single isolate from a water buffalo, clustered with a Colombian sample, and was likely introduced after 1845. Lineages III and IV were likely introduced during the early 2000s. Fourteen isolates from humans were found within the same lineage (lineage I) regardless of their geographic origin within the country. The main CR lineages, introduced more than 100 years ago, are widely spread throughout the country, in contrast to new introductions that seemed to be more geographically restricted. Following the brucellosis prevalence and the farming practices of several middle- and low-income countries, similar scenarios could be found in other regions worldwide., Author summary Brucellosis caused by Brucella abortus is an important disease of cattle and humans, highly prevalent in middle- and low-income countries worldwide. Determining the prevalent B. abortus lineages as well as the sources and timing of strain introductions into a country, is necessary for understanding the epidemiology and the natural history of the disease. Our results, derived from 188 B. abortus isolates from Costa Rica and 221 genomes from the same species worldwide, showed that in spite of being a small country (~51,100 km2), there are at least five B. abortus lineages circulating in its territory. Furthermore, regardless of control measures, the lineages introduced more than 100 years ago are still present and widespread throughout the country, in contrast to more recent introductions that seemed to be geographically restricted. By means of our analysis, we constructed a road map based on an integrative approach that may improve the understanding of the disease dynamics. Following the brucellosis prevalence and the farming practices of several middle- and low-income countries, similar scenarios could be found in other regions worldwide, where our methods could be useful and similarly applied.

Brucellosis, caused by Brucella abortus is a major disease of cattle and a zoonosis. In order to estimate the bovine brucellosis prevalence in Costa Rica (CR), a total 765 herds (13078 bovines) from six regions of CR were randomly sampled during 2012–2013. A non-random sample of 7907 herds (532199 bovines) of the six regions, arriving for diagnoses during 2014–2016 to the Costa Rican Animal Health Service was also studied. The prevalence estimated by Rose Bengal test (RBT) ranged from 10.5%-11.4%; alternatively, the prevalence estimated by testing the RBT positives in iELISA, ranged from 4.1%-6.0%, respectively. However, cattle in CR are not vaccinated with B. abortus S19 but with RB51 (vaccination coverage close to 11%), and under these conditions the RBT displays 99% specificity and 99% sensitivity. Therefore, the RBT herd depicted in the random analysis stands as a feasible assessment and then, the recommended value in case of planning an eradication program in CR. Studies of three decades reveled that bovine brucellosis prevalence has increased in CR. B. abortus was identified by biochemical and molecular studies as the etiological agent of bovine brucellosis. Multiple locus variable-number tandem repeat analysis-16 revealed four B. abortus clusters. Cluster one and three are intertwined with isolates from other countries, while clusters two and four have only representatives from CR. Cluster one is widely distributed in all regions of the country and may be the primary B. abortus source. The other clusters seem to be restricted to specific areas in CR. The implications of our findings, in relation to the control of the disease in CR, are critically discussed. La brucelosis, causada por Brucella abortus es una enfermedad importante del ganado y una zoonosis. En orden para estimar la prevalencia de la brucelosis bovina en Costa Rica (CR), un total de 765 rebaños (13078 bovinos) de seis regiones de la República Checa fueron objeto de un muestreo aleatorio durante 2012-2013. Una muestra no aleatoria muestra de 7907 rebaños (532199 bovinos) de las seis regiones, que llegaron para ser diagnosticados durante 2014-2016 al Servicio de Salud Animal de Costa Rica. La prevalencia estimada por la prueba de Rosa de Bengala (RBT) osciló entre el 10,5% y el 11,4%; alternativamente, la prevalencia estimada por las pruebas de los positivos de RBT en iELISA, osciló entre el 4,1% y el 6,0%, respectivamente. Sin embargo, los bovinos de la República Checa no están vacunados con B. abortus S19 sino con RB51 (cobertura de vacunación cercana al 11%), y bajo estas condiciones la RBT muestra un 99% de especificidad y un 99% de sensibilidad. Por lo tanto, el rebaño de RBT representado en el análisis aleatorio se mantiene como una evaluación factible y, a continuación, el valor recomendado en caso de planificar un programa de erradicación en CR. Los estudios de tres décadas revelaron que la prevalencia de la brucelosis bovina ha aumentado en CR. B. abortus fue identificado por estudios bioquímicos y moleculares como el agente etiológico de la brucelosis bovina. El análisis de repetición en tándem de número de variables de locus múltiples-16 reveló cuatro grupos de B. abortus. Los grupos uno y tres están entrelazados con aislamientos de otros países, mientras que los grupos dos y cuatro sólo tienen representantes de CR. El grupo uno está ampliamente distribuido en todas las regiones del país y puede ser la principal fuente de B. abortus. Los demás grupos parecen estar restringidos a zonas específicas de la República Checa. Las implicaciones de nuestros hallazgos, en relación con el control de la enfermedad en la RC, son discutidos críticamente. Este trabajo fue parcialmente financiado por Fondos del Sistema del Consejo Nacional de Rectores (FEES-CONARE FSI001) Costa Rica Reactivos y materiales. Las becas son las siguientes: GH-M fue patrocinado parcialmente por el proyecto de becas del Ministerio de Ciencia, Tecnología y Telecomunicaciones (MICITT-PINN) PND-033-15-2 y NR-V por el proyecto de becas de la Universidad de Costa Rica 803B4.5010, 17 -12-15. Los patrocinadores no participaron en el diseño del estudio, la recopilación y el análisis de datos, la decisión de publicar o la preparación del manuscrito. Escuela de Medicina Veterinaria

Brucellosis is a collective term for infections caused by small Gram-negative coccobacilli belonging to genus Brucella. This genus incorporates the well-described animal pathogens Brucella melitensis, Brucella abortus, Brucella ovis, Brucella suis, and Brucella canis, which are associated with disease in goats, cattle, sheep, pigs, and dogs, respectively. Brucella are facultative intracellular pathogens, and are sequestered by monocytes and macrophages, spreading throughout the body to the liver, spleen, lymph nodes, and bone marrow [1]. These pathogens are synonymous with an aggressive disease syndrome in animals causing abortion, stillbirth, and the delivery of weak offspring. The organisms replicate to high concentrations in the affected tissues and are transmitted through contact with the placenta, foetus, foetal fluids, and vaginal discharge. Notably, goats can shed B. melitensis in vaginal discharge for up to 3 months after abortion and organisms can be shed in milk for the lifetime of an infected animal La brucelosis es un término colectivo para las infecciones causadas por pequeños coccobacilos Gram-negativos pertenecientes al género Brucella. Este género incorpora los patógenos animales bien descritos Brucella melitensis, Brucella abortus, Brucella ovis, Brucella suis y Brucella canis, que se asocian con enfermedades en cabras, vacas, ovejas, cerdos y perros, respectivamente. Las Brucella son patógenos intracelulares facultativos, y son secuestrados por monocitos y macrófagos, extendiéndose por todo el cuerpo hasta el hígado, el bazo, los ganglios linfáticos y la médula ósea [1]. Estos patógenos son sinónimos de un síndrome de enfermedad agresiva en los animales que causa aborto, mortinato y el nacimiento de una descendencia débil. Los organismos se replican en altas concentraciones en los tejidos afectados y se transmiten a través del contacto con la placenta, el feto, los fluidos fetales y el flujo vaginal. Notablemente, las cabras pueden derramar B. melitensis en el flujo vaginal hasta 3 meses después del aborto y los organismos pueden ser derramados en la leche durante toda la vida de un animal infectado. Universidad Nacional, Costa Rica Escuela de Medicina Veterinaria

Intracellular bacterial pathogens probably arose when their ancestor adapted from a free-living environment to an intracellular one, leading to clonal bacteria with smaller genomes and less sources of genetic plasticity. Still, this plasticity is needed to respond to the challenges posed by the host. Members of the Brucella genus are facultative-extracellularintracellularbacteriaresponsibleforcausing brucellosis in a variety of mammals. The various species keep different host preferences, virulence, and zoonotic potential despite having 97–99% similarity at genome level. Here, we describe elements of genetic variation in Brucella ceti isolated from wildlife dolphins inhabiting the Pacific Ocean and the Mediterranean Sea. Comparison with isolates obtained from marine mammals from the Atlantic Ocean and the broader Brucella genus showed distinctive traits according to oceanic distribution and preferred host. Marine mammal isolates display genetic variability, represented by an important number of IS711 elements as well as specific IS711 and SNPs genomic distribution clustering patterns. Extensive pseudogenization was found among isolates from marine mammals as compared with terrestrial ones, causing degradation in pathways related to energy, transport of metabolites, and regulation/transcription. Brucella ceti isolates infecting particularly dolphin hosts, showed further degradation of metabolite transport pathways as well as pathways related to cell wall/membrane/envelope biogenesis and motility. Thus, gene loss through pseudogenization is a source of genetic variation in Brucella, which in turn, relates to adaptation to different hosts. This is relevant to understand the natural history of bacterial diseases, their zoonotic potential, and the impact of human interventions such as domestication. Los patógenos bacterianos intracelulares probablemente surgieron cuando su antepasado se adaptó de un entorno de vida libre a uno intracelular, lo que dio lugar a bacterias clonales con genomas más pequeños y menos fuentes de plasticidad genética. Aún así, esta plasticidad es necesaria para responder a los desafíos que plantea el huésped. Los miembros del género Brucella son bacterias facultativas-extracelulares-intracelulares responsables de causar brucelosis en una variedad de mamíferos. Las diversas especies mantienen diferentes preferencias en cuanto a huéspedes, virulencia y potencial zoonótico a pesar de que tienen una similitud del 97 al 99% a nivel del genoma. Aquí describimos elementos de la variación genética en Brucella ceti aislados de los delfines salvajes que habitan en el Océano Pacífico y el Mar Mediterráneo. La comparación con los aislamientos obtenidos de mamíferos marinos del Océano Atlántico y del género Brucella, más amplio, mostró rasgos distintivos según la distribución oceánica y el huésped preferido. Los aislados de mamíferos marinos muestran una variabilidad genética, representada por un número importante de elementos IS711, así como por patrones de agrupación de la distribución genómica específicos de IS711 y SNPs. Se encontró una amplia pseudogenización entre los aislados de mamíferos marinos en comparación con los terrestres, lo que causó una degradación en las vías relacionadas con la energía, el transporte de metabolitos y la regulación/transcripción. Los aislamientos de Brucella ceti que infectan particularmente a los delfines huéspedes, mostraron una mayor degradación de las vías de transporte de metabolitos así como de las vías relacionadas con la biogénesis y la motilidad de la pared celular/membrana/superficie. Así pues, la pérdida de genes por pseudogenización es una fuente de variación genética en Brucella, que a su vez, se relaciona con la adaptación a diferentes huéspedes. Esto es pertinente para comprender la historia natural de las enfermedades bacterianas, su potencial zoonótico y el impacto de las intervenciones humanas, como la domesticación. Universidad Nacional, Costa Rica Escuela de Medicina Veterinaria

Brucellosis is a bacterial infectious disease affecting a wide range of mammals and a neglected zoonosis caused by species of the genetically homogenous genus Brucella. As in most studies on bacterial diseases, research in brucellosis is carried out by using reference strains as canonical models to understand the mechanisms underlying host pathogen interactions. We performed whole genome sequencing analysis of the reference strain B. abortus 2308 routinely used in our laboratory, including manual curated annotation accessible as an editable version through a link at https://en.wikipedia.org/wiki/Brucella#Genomics. Comparison of this genome with two publically available 2308 genomes showed significant differences, particularly indels related to insertional elements, suggesting variability related to the transposition of these elements within the same strain. Considering the outcome of high resolution genomic techniques in the bacteriology field, the conventional concept of strain definition needs to be revised. Fil: Suárez Esquivel, Marcela. Universidad Nacional de Costa Rica; Costa Rica Fil: Ruiz Villalobos, Nazareth. Universidad Nacional de Costa Rica; Costa Rica Fil: Castillo Zeledón, Amanda. Universidad Nacional de Costa Rica; Costa Rica Fil: Jiménez Rojas, César. Universidad Nacional de Costa Rica; Costa Rica Fil: Roop II, R. Martin. East Carolina University; Estados Unidos Fil: Comerci, Diego José. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas "Dr. Raúl Alfonsín" (sede Chascomús). Universidad Nacional de San Martín. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas "Dr. Raúl Alfonsín" (sede Chascomús); Argentina Fil: Barquero Calvo, Elías. Universidad Nacional de Costa Rica; Costa Rica. Universidad de Costa Rica; Costa Rica Fil: Chacón Díaz, Carlos. Universidad de Costa Rica; Costa Rica. Universidad Nacional de Costa Rica; Costa Rica Fil: Caswell, Clayton C.. Virginia Tech University; Estados Unidos Fil: Baker, Kate S.. University of Liverpool; Reino Unido. Wellcome Trust Sanger Institute; Reino Unido Fil: Chaves Olarte, Esteban. Universidad de Costa Rica; Costa Rica Fil: Thomson, Nicholas R.. Wellcome Trust Sanger Institute; Reino Unido. London School of Hygiene and Tropical Medicine; Reino Unido Fil: Moreno, Edgardo. Universidad Nacional de Costa Rica; Costa Rica. Universidad de Costa Rica; Costa Rica Fil: Letesson, Jean J.. Université de Namur. Unité de Recherche en Biologie des Microorganismes; Bélgica Fil: De Bolle, Xavier. Université de Namur. Unité de Recherche en Biologie des Microorganismes; Bélgica Fil: Guzmán Verri, Caterina. Universidad Nacional de Costa Rica; Costa Rica. Universidad de Costa Rica; Costa Rica