Diploid S. cerevisiae strains undergo a dimorphic transition that involves changes in cell shape and the pattern of cell division and results in invasive filamentous growth in response to starvation for nitrogen. Cells become long and thin and form pseudohyphae that grow away from the colony and invade the agar medium. Pseudohyphal growth allows yeast cells to forage for nutrients. Pseudohyphal growth requires the polar budding pattern of diploid cells; haploid axially budding cells of identical genotype cannot undergo this dimorphic transition. Constitutive activation of RAS2 or mutation of SHR3, a gene required for amino acid uptake, enhance the pseudohyphal phenotype; a dominant mutation in that causes random budding suppresses pseudohyphal growth.

Abstract Ever since the beginning of biochemical analysis, yeast has been a pioneering model for studying the regulation of eukaryotic metabolism. During the last three decades, the combination of powerful yeast genetics and genome-wide approaches has led to a more integrated view of metabolic regulation. Multiple layers of regulation, from suprapathway control to individual gene responses, have been discovered. Constitutive and dedicated systems that are critical in sensing of the intra- and extracellular environment have been identified, and there is a growing awareness of their involvement in the highly regulated intracellular compartmentalization of proteins and metabolites. This review focuses on recent developments in the field of amino acid, nucleotide, and phosphate metabolism and provides illustrative examples of how yeast cells combine a variety of mechanisms to achieve coordinated regulation of multiple metabolic pathways. Importantly, common schemes have emerged, which reveal mechanisms conserved among various pathways, such as those involved in metabolite sensing and transcriptional regulation by noncoding RNAs or by metabolic intermediates. Thanks to the remarkable sophistication offered by the yeast experimental system, a picture of the intimate connections between the metabolomic and the transcriptome is becoming clear.

We present a global atlas of 4,728 metagenomic samples from mass-transit systems in 60 cities over 3 years, representing the first systematic, worldwide catalog of the urban microbial ecosystem. This atlas provides an annotated, geospatial profile of microbial strains, functional characteristics, antimicrobial resistance (AMR) markers, and genetic elements, including 10,928 viruses, 1,302 bacteria, 2 archaea, and 838,532 CRISPR arrays not found in reference databases. We identified 4,246 known species of urban microorganisms and a consistent set of 31 species found in 97% of samples that were distinct from human commensal organisms. Profiles of AMR genes varied widely in type and density across cities. Cities showed distinct microbial taxonomic signatures that were driven by climate and geographic differences. These results constitute a high-resolution global metagenomic atlas that enables discovery of organisms and genes, highlights potential public health and forensic applications, and provides a culture-independent view of AMR burden in cities.

Abstract Phosphate is an essential macronutrient required for cell growth and division. Pho84 is the major high-affinity cell-surface phosphate importer of Saccharomyces cerevisiae and a crucial element in the phosphate homeostatic system of this model yeast. We found that loss of Candida albicans Pho84 attenuated virulence in Drosophila and murine oropharyngeal and disseminated models of invasive infection, and conferred hypersensitivity to neutrophil killing. Susceptibility of cells lacking Pho84 to neutrophil attack depended on reactive oxygen species (ROS): pho84-/- cells were no more susceptible than wild type C. albicans to neutrophils from a patient with chronic granulomatous disease, or to those whose oxidative burst was pharmacologically inhibited or neutralized. pho84-/- mutants hyperactivated oxidative stress signalling. They accumulated intracellular ROS in the absence of extrinsic oxidative stress, in high as well as low ambient phosphate conditions. ROS accumulation correlated with diminished levels of the unique superoxide dismutase Sod3 in pho84-/- cells, while SOD3 overexpression from a conditional promoter substantially restored these cells’ oxidative stress resistance in vitro. Repression of SOD3 expression sharply increased their oxidative stress hypersensitivity. Neither of these oxidative stress management effects of manipulating SOD3 transcription was observed in PHO84 wild type cells. Sod3 levels were not the only factor driving oxidative stress effects on pho84-/- cells, though, because overexpressing SOD3 did not ameliorate these cells’ hypersensitivity to neutrophil killing ex vivo, indicating Pho84 has further roles in oxidative stress resistance and virulence. Measurement of cellular metal concentrations demonstrated that diminished Sod3 expression was not due to decreased import of its metal cofactor manganese, as predicted from the function of S. cerevisiae Pho84 as a low-affinity manganese transporter. Instead of a role of Pho84 in metal transport, we found its role in TORC1 activation to impact oxidative stress management: overexpression of the TORC1-activating GTPase Gtr1 relieved the Sod3 deficit and ROS excess in pho84-/- null mutant cells, though it did not suppress their hypersensitivity to neutrophil killing or hyphal growth defect. Pharmacologic inhibition of Pho84 by small molecules including the FDA-approved drug foscarnet also induced ROS accumulation. Inhibiting Pho84 could hence support host defenses by sensitizing C. albicans to oxidative stress.

Abstract Candida albicans , the primary etiology of human mycoses, is well-adapted to catabolize proline to obtain energy to initiate morphological switching (yeast to hyphal) and for growth. We report that put1-/- and put2-/ - strains, carrying defective P roline UT ilization genes, display remarkable proline sensitivity with put2 -/- mutants being hypersensitive due to the accumulation of the toxic intermediate P5C, which inhibits mitochondrial respiration. The put1-/ - and put2-/- mutations attenuate virulence in Drosophila and murine candidemia models. Using intravital 2-photon microscopy and label-free non-linear imaging, we visualized the initial stages of C. albicans cells colonizing a kidney in real-time, directly deep in the tissue of a living mouse, and observed morphological switching of wildtype but not of put2-/- cells. Multiple members of the Candida species complex, including C. auris , are capable of using proline as a sole energy source. Our results indicate that a tailored proline metabolic network tuned to the mammalian host environment is a key feature of opportunistic fungal pathogens.

Abstract Proteins with multiple membrane-spanning segments (MS) co-translationally insert into the endoplasmic reticulum (ER) membrane of eukaryotic cells. In Saccharomyces cerevisiae , Shr3 is an ER membrane-localized chaperone that is specifically required for the functional expression of amino acid permeases (AAP), a family of eighteen transporters comprised of 12 MS. Here, comprehensive scanning mutagenesis and deletion analysis of Shr3, combined with a modified split-ubiquitin approach, were used to probe chaperone-substrate interactions with seven different AAP in vivo . Our findings indicate that Shr3 specifically recognizes AAP substrates, largely independent of sequence-specific interactions involving membrane and luminally oriented domains. Shr3 selectively and robustly interacts with nested C-terminal AAP truncations in marked contrast to similar truncations of non-Shr3 substrate polytopic sugar transporters. Strikingly, Shr3-AAP interactions initiate with the first 4 MS of AAP and successively strengthen, but abruptly weaken when all 12 MS are present. The data are consistent with Shr3 acting in a temporal manner as a scaffold preventing AAP translation intermediates from engaging in non-productive interactions.

Amino acids are among the earliest identified inducers of yeast-to-hyphal transitions in Candida albicans, an opportunistic fungal pathogen of humans. Here, we show that the morphogenic amino acids arginine, ornithine and proline are internalized and metabolized in mitochondria via a PUT1- and PUT2-dependent pathway that results in enhanced ATP production. Elevated ATP levels correlate with Ras1/cAMP/PKA pathway activation and Efg1-induced gene expression. The magnitude of amino acid-induced filamentation is linked to glucose availability; high levels of glucose repress mitochondrial function thereby dampening filamentation. Furthermore, arginine-induced morphogenesis occurs more rapidly and independently of Dur1,2-catalyzed urea degradation, indicating that mitochondrial-generated ATP, not CO2, is the primary morphogenic signal derived from arginine metabolism. The important role of the SPS-sensor of extracellular amino acids in morphogenesis is the consequence of induced amino acid permease gene expression, i.e., SPS-sensor activation enhances the capacity of cells to take up morphogenic amino acids, a requisite for their catabolism. C. albicans cells engulfed by murine macrophages filament, resulting in macrophage lysis. Phagocytosed put1-/- and put2-/- cells do not filament and do not lyse macrophages, consistent with a critical role of mitochondrial proline metabolism in virulence.

Although studies have shown that urban environments and mass-transit systems have distinct genetic profiles, there are no systematic worldwide studies of these dense, human microbial ecosystems. To address this gap in knowledge, we created a global metagenomic and antimicrobial resistance (AMR) atlas of urban mass transit systems from 60 cities, spanning 4,728 samples and 4,424 taxonomically-defined microorganisms collected for three years. This atlas provides an annotated, geospatial profile of microbial strains, functional characteristics, antimicrobial resistance markers, and novel genetic elements, including 10,928 novel predicted viral species, 1302 novel bacteria, and 2 novel archaea. Urban microbiomes often resemble human commensal microbiomes from the skin and airways, but also contain a consistent "core" of 31 species which are predominantly not human commensal species. Samples show distinct microbial signatures which may be used to accurately predict properties of their city of origin including population, proximity to the coast, and taxonomic profile. These data also show that AMR density across cities varies by several orders of magnitude, including many AMRs present on plasmids with cosmopolitan distributions. Together, these results constitute a high-resolution, global metagenomic atlas, which enables the discovery of new genetic components of the built human environment, highlights potential forensic applications, and provides an essential first draft of the global AMR burden of the world's cities.### Competing Interest StatementThe authors have declared no competing interest.

Candida albicans cells depend on the energy derived from amino acid catabolism to induce and sustain hyphal growth inside phagosomes of engulfing macrophages. The concomitant deamination of amino acids is thought to neutralize the acidic microenvironment of phagosomes, a presumed requisite for survival and initiation of hyphal growth. Here, in contrast to an existing model, we show that mitochondrial-localized NAD+-dependent glutamate dehydrogenase (GDH2) catalyzing the deamination of glutamate to α-ketoglutarate, and not the cytosolic urea amidolyase (DUR1,2), accounts for the observed alkalization of media when amino acids are the sole sources of carbon and nitrogen. C. albicans strains lacking GDH2 (gdh2-/-) are viable and do not extrude ammonia on amino acid-based media. Environmental alkalization does not occur under conditions of high glucose (2%), a finding attributable to glucose-repression of GDH2expression and mitochondrial function. Consistently, inhibition of oxidative phosphorylation or mitochondrial translation by antimycin A or chloramphenicol, respectively, prevents alkalization. GDH2 expression and mitochondrial function are derepressed as glucose levels are lowered from 2% (~110 mM) to 0.2% (~11 mM), or when glycerol is used as carbon source. Using time-lapse microscopy, we document that gdh2-/- cells survive, filament and escape from primary murine macrophages at rates indistinguishable from wildtype. Consistently, gdh2-/- strains are as virulent as wildtype in fly and murine models of systemic candidiasis. Thus, although Gdh2 has a critical role in central nitrogen metabolism, Gdh2-catalyzed deamination of glutamate is surprisingly dispensable for escape from macrophages and virulence, demonstrating that amino acid-dependent alkalization is not essential for hyphal growth, survival in macrophages and hosts. An accurate description of the microenvironment within the phagosomal compartment of macrophages and the metabolic events underlying the survival of phagocytosed C. albicans cells and their escape are critical to understanding the host-pathogen interactions that ultimately determine the pathogenic outcome.