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Under eubiotic conditions commensal microbes are known to provide a competitive barrier against invading bacterial pathogens in the intestinal tract, on the skin or on the vaginal mucosa. Here, we evaluate the role of lung microbiota in Pneumococcus colonization of the lungs. In eubiosis, the lungs of mice were dominantly colonized by Lactobacillus murinus. Differential analysis of 16S rRNA gene sequencing or L. murinus-specific qPCR of DNA from total organ homogenates vs.broncho alveolar lavages implicated tight association of these bacteria with the host tissue. Pure L. murinus conditioned culture medium inhibited growth and reduced the extension of pneumococcal chains. Growth inhibition in vitro was likely dependent on L. murinus-produced lactic acid, since pH neutralization of the conditioned medium aborted the antibacterial effect. Finally, we demonstrate that L. murinus provides a barrier against pneumococcal colonization in a respiratory dysbiosis model after an influenza A virus infection, when added therapeutically.

(A) rarefection plot: number of sequences is plotted against Chao1 estimator. Error bars indicate SE. (B) 2D PCoA of SI microbiota mock-treated (blue symbols) or IAV-infected mice (red symbols) at indicated time points post infection. (C) Mean UNIFRAC distances for the comparison of indicated experimental groups. Statistical significance was determined by two-tailed student’s T test. (D) 2D PCoA of SI microbiota mock-treated (blue symbols) or IAV-infected mice (red symbols) at indicated time points post infection. Each symbol represents one mouse. Each symbol type refers to an individual cage. (E) Shannon index, relative abundances of indicated bacterial classes determined by 16S rRNA gene NGS, and relative 16S/18S levels of animals 7 dpi are shown. Each symbol represents one animal. Each symbol type refers to an individual cage. (F) Relative abundance of total bacteria based on qPCR (16S/18S) normalized to median of mock samples is shown for individual mice and indicated time points treated with mock (black symbols) or indicated viruses (red symbols) for for H1N1 7 dpi (n = 8 per group) pH1N1 6 dpi (n = 5 per group). (G) Most abundant OTU on genus level. Median relative abundance (%) is depicted. (PDF 1956 kb)

(A) rarefection plot: number of sequences is plotted against Chao1 estimator. Error bars indicate SE. (B) Most abundant OTU found in baseline, mock or IAV-infected LRT samples 7 dpi on genus level. Median relative abundance (%) is depicted. (C) N-fold changes of 16S/18S DNA levels normalized to mean of mock samples of each day examined. Individual mice and median are depicted (n = 18 per group per time point, two independent experiments, representative data shown). (D) Individual lung titers of mock treated (black circles) and IAV (pH1N1, Neth/602) infected mice (red squares), median titers (pfu/organ) are indicated. Limit of detection (LoD) 50 pfu (n = 5 per group). (E) Relative abundance of total bacteria and Firmicutes based on qPCR (16S/18S) normalized to mean of mock samples is shown for individual mice and indicated time points treated with mock (black symbols) or indicated viruses (red symbols for pH1N1 6 dpi) (n = 5 per group). (F) Bacterial titers of cultivatable URT microbiota 7 dpi grown on indicated agar plates (n = 6 per group). (G) Sequence alignment of Sanger sequencing results of 16S rRNA gene V4 region of Enterobacteriaceae (OTU ID 1111294) colonies. (H) Sequence alignment of Sanger sequencing results of 16S rRNA gene V4 region of Lactobacillaceae (OTU ID 1107027) colonies. (PDF 1691 kb)

(A) Rarefection plot: number of sequences is plotted against Chao1 estimator. Error bars indicate SE. (B) Alpha diversity depicted as shannon index for fecal microbiota of baseline (gray), mock-treated (black) or IAV-infected (red) mice. Individual values per mouse and median are depicted. (C) 2D PCoA plots of fecal microbiota mock-treated (blue) or IAV-infected mice (red) at indicated time points post infection. Each symbol represents one mouse. (D) Most abundant OTU on genus level. Median relative abundance (%) is depicted. (E) Relative abundance (%) of significantly changing OTUs of individual mice and median are depicted (mock red, IAV black). (F) Cultivatable bacterial cfu/fecal pellet of mock-treated (black) or IAV-infected (H5N1 red, H1N1 green) 7 dpi grown under aerobic or anaerobic conditions are depicted (n = 6 per group per time point, two independent experiments). (PDF 1343 kb)

International audience; Severe influenza disease strikes otherwise healthy children and remains unexplained. We report compound heterozygous null mutations in IRF7, which encodes the transcription factor interferon regulatory factor 7, in an otherwise healthy child who suffered life-threatening influenza during primary infection. In response to influenza virus, the patient's leukocytes and plasmacytoid dendritic cells produced very little type I and III interferons (IFNs). Moreover, the patient's dermal fibroblasts and induced pluripotent stem cell (iPSC)-derived pulmonary epithelial cells produced reduced amounts of type I IFN and displayed increased influenza virus replication. These findings suggest that IRF7-dependent amplification of type I and III IFNs is required for protection against primary infection by influenza virus in humans. They also show that severe influenza may result from single-gene inborn errors of immunity.

Host organisms have developed sophisticated antiviral responses in order to defeat emerging influenza A viruses (IAVs). At the same time IAVs have evolved immune evasion strategies. The immune system of mammals provides several lines of defence to neutralize invading pathogens or limit their replication. Here, we summarize the mammalian innate and adaptive immune mechanisms involved in host defence against viral infection and review strategies by which IAVs avoid, circumvent or subvert these mechanisms. We highlight well-characterized, as well as recently described features of this intriguing virus-host molecular battle.

Die Entwicklung eines effektiven, subtypübergreifend wirksamen HIV-1-Impfstoff stellt auch mehr als 20 Jahre nach der Erstbeschreibung von AIDS eine der größten Herausforderungen der moderenen Virologie und Immunologie dar. Konventionelle Impfstoffansätze zur Induktion einer humoralen Immunantwort unter Verwendung von attenuierten oder abgetöteten Viren, gereinigten, viralen Proteine oder rekombinanten Untereinheitenvakzinen scheitern entweder an Sicherheitsbedenken oder induzierten lediglich bindende Antikörper. In den letzten Jahren sind die Ursachen für dieses Scheitern durch immer detailliertere Strukturuntersuchungen des HI-Virus aufgedeckt worden. Seit einigen Jahren wird das Augenmerk vermehrt auf maskierte Strukturen gelegt, die erst während des Infektionsprozesses und der daraus resultierenden Konformationsänderungen im Oberflächen- Transmembran-Komplex offengelegt werden. Monoklonale Antikörper, die aus HIVpositiven Patienten isoliert wurden und gegen den Oberflächen-Transmembran-Komplex gerichtet sind, erkennen solche Strukturen und zeigen teilweise eine Neutralisationsspektrum, das praktisch alle Subtypen der Gruppe M umfasst. Der monoklonale Antikörper 2F5 gehört zur kleinen Gruppe dieser subtypübergreifend virusneutralisierenden Antikörper und wurde bereits erfolgreich in passiven Immunisierungsstudien im Primatenmodell und im Menschen getestet. Bisher ist es nicht gelungen, trotz Kenntnis des linearen 2F5-Epitops (ELDKWA) im membranproximalen Bereich der Ektodomäne von gp41, den Wirkmechnismus von 2F5 vollständig zu verstehen und Antigene zu konstruieren, die in vivo virusneutralisierende Antiseren induzieren, die ein ähnlich breites Neutralisationsspektrum aufweisen wie 2F5. Hier konnte erstmals gezeigt werden, dass 2F5 in vitro Selektionsdruck auf den membranproximalen Anteil der Ektodomäne von gp41 ausübt und so die Bildung von neutralisationsresistenten Fluchtmutanten durch Aminosäureaustausche im 2F5-Kernepitop (LDKW) induziert. Durch Bindungsstudien wurde hier erstmals eine Sequenz aus dem N-terminalen Bereich der Ektodomäne von gp41 identifiziert (E1-Sequenz), die die Bindung von 2F5 an die Sequenz ELDKWA deutlich steigert ohne selbst durch den Antikörper gebunden zu werden. Dieser Effekt konnte sowohl im ELISA, als auch im in vitro Neutralisationstest beobachtet werden. Es konnte gezeigt werden, dass die Bindung von 2F5 an ELDKWA bereits vor der Anlagerung des Virus an die Zielzelle erfolgt und eine Vorinkubation von Virus und 2F5 folglich zu einer gesteigerten Hemmung der Virusreplikation in vitro führt. Auf Basis dieser Daten wurde ein neues, zweistufiges Bindungs- und Neutralisationsmodell erstellt, das sowohl die hier gewonnen Erkenntnisse über den Wirkmechanismus von 2F5, als auch die bisher veröffentlichten Strukturanalysen vereinigt. Ausgehend von diesem neuen Bindungs- und Neutralisationsmodell wurden rekombinante Antigene konstruiert, die Anteile aus dem membranproximalen Bereich der Ektodomäne von gp41 und die E1-Sequenz in unterschiedlichen Trägermolekülen beinhalten. Zusätzlich wurden Plasmide generiert, die nach DNA-Immunisierung zur Präsentation der codierten gp41-abgeleiteten Antigene auf der Zelloberfläche führen. Eines der hier entwickelten Antigene (Hybrid II) induzierte HIV-spezifische neutralisierende Seren im Rattenmodell und bildet möglichweise die Basis für die Entwicklung eines HIVVakzins.