Gut Dysbiosis during Influenza Contributes to Pulmonary Pneumococcal Superinfection through Altered Short-Chain Fatty Acid Production
Valentin Sencio,
Adeline Barthelemy,
Luciana P. Tavares,
Marina G. Machado,
Daphnée Soulard,
Céline Cuinat,
Celso Martins Queiroz-Junior,
Marie-Louise Noordine,
Sophie Salomé-Desnoulez,
Lucie Deryuter,
Benoit Foligné,
Céline Wahl,
Benoit Frisch,
Angelica T. Vieira,
Christophe Paget,
Graeme Milligan,
Trond Ulven,
Isabelle Wolowczuk,
Christelle Faveeuw,
Ronan Le Goffic,
Muriel Thomas,
Stéphanie Ferreira,
Mauro M. Teixeira,
François Trottein
Affiliations
Valentin Sencio
Université de Lille, U1019 UMR 9017, Centre d’Infection et d’Immunité de Lille (CIIL), 59000 Lille, France; Centre National de la Recherche Scientifique, UMR 9017, 59000 Lille, France; Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale, U1019, 59000 Lille, France; Centre Hospitalier Universitaire de Lille, 59000 Lille, France; Institut Pasteur de Lille, 59000 Lille, France
Adeline Barthelemy
Université de Lille, U1019 UMR 9017, Centre d’Infection et d’Immunité de Lille (CIIL), 59000 Lille, France; Centre National de la Recherche Scientifique, UMR 9017, 59000 Lille, France; Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale, U1019, 59000 Lille, France; Centre Hospitalier Universitaire de Lille, 59000 Lille, France; Institut Pasteur de Lille, 59000 Lille, France
Luciana P. Tavares
Instituto de Ciências Biológicas, Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte, Brazil
Marina G. Machado
Université de Lille, U1019 UMR 9017, Centre d’Infection et d’Immunité de Lille (CIIL), 59000 Lille, France; Centre National de la Recherche Scientifique, UMR 9017, 59000 Lille, France; Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale, U1019, 59000 Lille, France; Centre Hospitalier Universitaire de Lille, 59000 Lille, France; Institut Pasteur de Lille, 59000 Lille, France; Instituto de Ciências Biológicas, Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte, Brazil
Daphnée Soulard
Université de Lille, U1019 UMR 9017, Centre d’Infection et d’Immunité de Lille (CIIL), 59000 Lille, France; Centre National de la Recherche Scientifique, UMR 9017, 59000 Lille, France; Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale, U1019, 59000 Lille, France; Centre Hospitalier Universitaire de Lille, 59000 Lille, France; Institut Pasteur de Lille, 59000 Lille, France
Céline Cuinat
Micalis Institute, Institut national de recherche pour l’agriculture, l’alimentation et l’environnement, AgroParisTech, Université Paris-Saclay, 78350 Jouy-en-Josas, France
Celso Martins Queiroz-Junior
Instituto de Ciências Biológicas, Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte, Brazil
Marie-Louise Noordine
Micalis Institute, Institut national de recherche pour l’agriculture, l’alimentation et l’environnement, AgroParisTech, Université Paris-Saclay, 78350 Jouy-en-Josas, France
Sophie Salomé-Desnoulez
Université de Lille, U1019 UMR 9017, Centre d’Infection et d’Immunité de Lille (CIIL), 59000 Lille, France; Centre National de la Recherche Scientifique, UMR 9017, 59000 Lille, France; Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale, U1019, 59000 Lille, France; Centre Hospitalier Universitaire de Lille, 59000 Lille, France; Institut Pasteur de Lille, 59000 Lille, France
Lucie Deryuter
Université de Lille, U1019 UMR 9017, Centre d’Infection et d’Immunité de Lille (CIIL), 59000 Lille, France; Centre National de la Recherche Scientifique, UMR 9017, 59000 Lille, France; Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale, U1019, 59000 Lille, France; Centre Hospitalier Universitaire de Lille, 59000 Lille, France; Institut Pasteur de Lille, 59000 Lille, France
Benoit Foligné
Université de Lille, Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM), CHU Lille, U995, Lille Inflammation Research International Center (LIRIC), 59000 Lille, France
Céline Wahl
Genoscreen, 59000 Lille, France
Benoit Frisch
Centre National de la Recherche Scientifique, Université de Strasbourg, Faculté de Pharmacie, 67400 Illkirch, France
Angelica T. Vieira
Instituto de Ciências Biológicas, Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte, Brazil
Christophe Paget
Université de Lille, U1019 UMR 9017, Centre d’Infection et d’Immunité de Lille (CIIL), 59000 Lille, France; Centre National de la Recherche Scientifique, UMR 9017, 59000 Lille, France; Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale, U1019, 59000 Lille, France; Centre Hospitalier Universitaire de Lille, 59000 Lille, France; Institut Pasteur de Lille, 59000 Lille, France
Graeme Milligan
Centre for Translational Pharmacology, Institute of Molecular, Cell and Systems Biology, University of Glasgow, G12 8QQ Glasgow, Scotland, UK
Trond Ulven
Department of Pharmacology, University of Copenhagen, 2100 Copenhagen, Denmark
Isabelle Wolowczuk
Université de Lille, U1019 UMR 9017, Centre d’Infection et d’Immunité de Lille (CIIL), 59000 Lille, France; Centre National de la Recherche Scientifique, UMR 9017, 59000 Lille, France; Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale, U1019, 59000 Lille, France; Centre Hospitalier Universitaire de Lille, 59000 Lille, France; Institut Pasteur de Lille, 59000 Lille, France
Christelle Faveeuw
Université de Lille, U1019 UMR 9017, Centre d’Infection et d’Immunité de Lille (CIIL), 59000 Lille, France; Centre National de la Recherche Scientifique, UMR 9017, 59000 Lille, France; Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale, U1019, 59000 Lille, France; Centre Hospitalier Universitaire de Lille, 59000 Lille, France; Institut Pasteur de Lille, 59000 Lille, France
Ronan Le Goffic
Molecular Virology and Immunology, Institut National de la Recherche Agronomique, Université Paris-Saclay, 78350 Jouy-en-Josas, France
Muriel Thomas
Micalis Institute, Institut national de recherche pour l’agriculture, l’alimentation et l’environnement, AgroParisTech, Université Paris-Saclay, 78350 Jouy-en-Josas, France
Stéphanie Ferreira
Genoscreen, 59000 Lille, France
Mauro M. Teixeira
Instituto de Ciências Biológicas, Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte, Brazil
François Trottein
Université de Lille, U1019 UMR 9017, Centre d’Infection et d’Immunité de Lille (CIIL), 59000 Lille, France; Centre National de la Recherche Scientifique, UMR 9017, 59000 Lille, France; Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale, U1019, 59000 Lille, France; Centre Hospitalier Universitaire de Lille, 59000 Lille, France; Institut Pasteur de Lille, 59000 Lille, France; Corresponding author
Summary: Secondary bacterial infections often complicate viral respiratory infections. We hypothesize that perturbation of the gut microbiota during influenza A virus (IAV) infection might favor respiratory bacterial superinfection. Sublethal infection with influenza transiently alters the composition and fermentative activity of the gut microbiota in mice. These changes are attributed in part to reduced food consumption. Fecal transfer experiments demonstrate that the IAV-conditioned microbiota compromises lung defenses against pneumococcal infection. In mechanistic terms, reduced production of the predominant short-chain fatty acid (SCFA) acetate affects the bactericidal activity of alveolar macrophages. Following treatment with acetate, mice colonized with the IAV-conditioned microbiota display reduced bacterial loads. In the context of influenza infection, acetate supplementation reduces, in a free fatty acid receptor 2 (FFAR2)-dependent manner, local and systemic bacterial loads. This translates into reduced lung pathology and improved survival rates of double-infected mice. Lastly, pharmacological activation of the SCFA receptor FFAR2 during influenza reduces bacterial superinfection. : Sencio et al. provide insights into the mechanisms that underlie bacterial superinfection post-influenza. The authors demonstrate that influenza infection remotely alters the production of short-chain fatty acids (SCFAs) by the gut microbiota. Supplementation with acetate or pharmacological activation of the SCFA receptor FFAR2 reduces susceptibility to secondary bacterial infection. Keywords: influenza A virus, bacterial superinfection, gut microbiota, microbial dysbiosis, food restriction, short-chain fatty acid, acetate, free fatty acid receptor 2, macrophages