Abstract The ongoing global pandemic caused by the severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) is responsible for the coronavirus disease 2019 (COVID-19) first described from Wuhan, China. A subset of COVID-19 patients has been reported to have acquired secondary infections by microbial pathogens, such as fungal opportunistic pathogens from the genus Aspergillus . To gain insight into COVID-19 associated pulmonary aspergillosis (CAPA), we analyzed the genomes and characterized the phenotypic profiles of four CAPA isolates of Aspergillus fumigatus obtained from patients treated in the area of North Rhine-Westphalia, Germany. By examining the mutational spectrum of single nucleotide polymorphisms, insertion-deletion polymorphisms, and copy number variants among 206 genes known to modulate A. fumigatus virulence, we found that CAPA isolate genomes do not exhibit major differences from the genome of the Af293 reference strain. By examining virulence in an invertebrate moth model, growth in the presence of osmotic, cell wall, and oxidative stressors, and the minimum inhibitory concentration of antifungal drugs, we found that CAPA isolates were generally, but not always, similar to A. fumigatus reference strains Af293 and CEA17. Notably, CAPA isolate D had more putative loss of function mutations in genes known to increase virulence when deleted (e.g., in the FLEA gene, which encodes a lectin recognized by macrophages). Moreover, CAPA isolate D was significantly more virulent than the other three CAPA isolates and the A. fumigatus reference strains tested. These findings expand our understanding of the genomic and phenotypic characteristics of isolates that cause CAPA.

Abstract Aspergillus fumigatus is a major opportunistic fungal pathogen of immunocompromised and immunocompetent hosts. To successfully establish an infection, A. fumigatus needs to use host carbon sources, such as acetate, present in the body fluids and peripheral tissues. However, utilisation of acetate as a carbon source by fungi in the context of infection has not been investigated. This work shows that acetate is metabolised via different pathways in A. fumigatus and that acetate utilisation is under the regulatory control of a transcription factor (TF), FacB. A. fumigatus acetate utilisation is subject to carbon catabolite repression (CCR), although this is only partially dependent on the TF and main regulator of CCR CreA. The available extracellular carbon source, in this case glucose and acetate, significantly affected A. fumigatus virulence traits such as secondary metabolite secretion and cell wall composition, with the latter having consequences for resistance to oxidative stress, to anti-fungal drugs and to human neutrophil-mediated killing. Furthermore, deletion of facB significantly impaired the in vivo virulence of A. fumigatus in both insect and mammalian models of invasive aspergillosis. This is the first report on acetate utilisation in A. fumigatus and this work further highlights the importance of available host-specific carbon sources in shaping fungal virulence traits and subsequent disease outcome, and a potential target for the development of anti-fungal strategies. Importance Aspergillus fumigatus is an opportunistic fungal pathogen in humans. During infection, A. fumigatus is predicted to use host carbon sources, such as acetate, present in body fluids and peripheral tissues, to sustain growth and promote colonisation and invasion. This work shows that A. fumigatus metabolises acetate via different pathways, a process that is dependent on the transcription factor FacB. Furthermore, the type and concentration of the extracellular available carbon source were determined to shape A. fumigatus virulence determinants such as secondary metabolite secretion and cell wall composition. Subsequently, interactions with immune cells are altered in a carbon source-specific manner. FacB is required for A. fumigatus in vivo virulence in both insect and mammalian models of invasive aspergillosis. This is the first report that characterises acetate utilisation in A. fumigatus and highlights the importance of available host-specific carbon sources in shaping virulence traits and potentially subsequent disease outcome.

ABSTRACT Cryptococcus neoformans causes cryptococcosis, one of the most prevalent fungal diseases, generally characterized by meningitis. There is a limited and not very effective number of drugs available to combat this disease. In this manuscript, we show the host defense peptide mimetic brilacidin (BRI) as a promising antifungal drug against C. neoformans . BRI can affect the organization of the cell membrane, increasing the fungal cell permeability. We also investigated the effects of BRI against the model system Saccharomyces cerevisiae by analyzing libraries of mutants grown in the presence of BRI. In S. cerevisiae , BRI also affects the cell membrane organization, but in addition the cell wall integrity pathway and calcium metabolism. In vivo experiments show BRI significantly reduces C. neoformans survival inside macrophages and partially clears C. neoformans lung infection in an immunocompetent murine model of invasive pulmonary cryptococcosis. We also observed that BRI interacts with caspofungin (CAS) and amphotericin (AmB), potentiating their mechanism of action against C. neoformans . BRI + CAS affects endocytic movement, calcineurin, and mitogen-activated protein kinases. Our results indicate that BRI is a novel antifungal drug against cryptococcosis. IMPORTANCE Invasive fungal infections have a high mortality rate causing more deaths annually than tuberculosis or malaria. Cryptococcosis, one of the most prevalent fungal diseases, is generally characterized by meningitis and is mainly caused by two closely related species of basidiomycetous yeasts, Cryptococcus neoformans and Cryptococcus gattii . There are few therapeutic options for treating cryptococcosis, and searching for new antifungal agents against this disease is very important. Here, we present brilacidin (BRI) as a potential antifungal agent against C. neoformans . BRI is a small molecule host defense peptide mimetic that has previously exhibited broad-spectrum immunomodulatory/anti-inflammatory activity against bacteria and viruses. BRI alone was shown to inhibit the growth of C. neoformans , acting as a fungicidal drug, but surprisingly also potentiated the activity of caspofungin (CAS) against this species. We investigated the mechanism of action of BRI and BRI + CAS against C. neoformans . We propose BRI as a new antifungal agent against cryptococcosis.

Abstract In Cystic Fibrosis (CF), mucus plaques are formed in the patient’s lung, creating a hypoxic condition and a propitious environment for colonization and persistence of many microorganisms. There is clinical evidence showing that Aspergillus fumigatus can co-colonize CF patients with Pseudomonas aeruginosa , which has been associated with lung function decline. P. aeruginosa produces several compounds with inhibitory and anti-biofilm effects against A. fumigatus in vitro; however, little is known about the fungal compounds produced in counterattack. Here, we annotated fungal and bacterial secondary metabolites (SM) produced in mixed biofilms in normoxia and hypoxia conditions. We detected nine SMs produced by P. aeruginosa . Phenazines and different analogs of pyoverdin were the main compounds produced by P. aeruginosa , and their secretion were increased by the fungal presence. The roles of the two operons responsible for phenazines production ( phzA1 and phzA2 ) were also investigated showing both mutants are able to produce partial sets of phenazines. We detected a total of 20 SMs secreted by A. fumigatus either in monoculture or in co-culture with P. aeruginosa . All these compounds are secreted during biofilm formation either in normoxia or hypoxia. However, only eight compounds (demethoxyfumitremorgin C, fumitremorgin, ferrichrome, ferricrocin, tricetylfusigen, gliotoxin, gliotoxin E, and pyripyropene A) were detected during the biofilm formation by the co-culture of A. fumigatus and P. aeruginosa upon both normoxia and hypoxia conditions. Overall, we showed how diverse is SM secretion during A. fumigatus and P. aeruginosa mixed culture and how this can affect biofilm formation both in normoxia and hypoxia. Author Summary The interaction between Pseudomonas aeruginosa and Aspergillus fumigatus has been well-characterized in vitro . In this scenario, the bacterium exerts a strong inhibitory effect against the fungus. However, little is known about the metabolites produced by the fungus to counterattack the bacteria. Our work aimed to annotate secondary metabolites (SM) secreted during co-culture between P. aeruginosa and A. fumigatus during biofilm formation in both normoxia and hypoxia. The bacterium produces several different types of phenazines and pyoverdins, in response to the fungus presence. In contrast, we were able to annotate 29 metabolites produced during A. fumigatus biofilm formation but only eight compounds were detected during biofilm formation by the co-culture of A. fumigatus and P. aeruginosa upon both normoxia and hypoxia. In conclusion, we have detected many SMs secreted during A. fumigatus and P. aeruginosa biofilm formation. This analysis can provide several opportunities to understand the interaction between these two species.

Abstract Aspergillus fumigatus causes a range of human and animal diseases collectively known as aspergillosis. A. fumigatus possesses and expresses a range of genetic determinants of virulence, which facilitate colonisation and disease progression, including the secretion of mycotoxins. Gliotoxin (GT) is the best studied A. fumigatus mycotoxin with a wide range of known toxic effects that impair human immune cell function. GT is also highly toxic to A. fumigatus and this fungus has evolved self-protection mechanisms that include (i) the GT efflux pump GliA, (ii) the GT neutralising enzyme GliT, and (iii) the negative regulation of GT biosynthesis by the bis -thiomethyltransferase GtmA. The transcription factor (TF) RglT is the main regulator of GliT and this GT protection mechanism also occurs in the non-GT producing fungus A. nidulans . However, the A. nidulans genome does not encode GtmA and GliA. This work aimed at analysing the transcriptional response to exogenous GT in A. fumigatus and A. nidulans , two distantly related Aspergillus species, and to identify additional components required for GT protection. RNA-sequencing shows a highly different transcriptional response to exogenous GT with the RglT-dependent regulon also significantly differing between A. fumigatus and A. nidulans . However, we were able to observe homologs whose expression pattern was similar in both species (43 RglT-independent and 11 RglT-dependent). Based on this approach, we identified a novel RglT-dependent methyltranferase, MtrA, involved in GT protection. Taking into consideration the occurrence of RglT-independent modulated genes, we screened an A. fumigatus deletion library of 484 transcription factors (TFs) for sensitivity to GT and identified 15 TFs important for GT self-protection. Of these, the TF KojR, which is essential for kojic acid biosynthesis in Aspergillus oryzae , was also essential for virulence and GT biosynthesis in A. fumigatus , and for GT protection in A. fumigatus , A. nidulans , and A. oryzae . KojR regulates rglT , gliT , gliJ expression and sulfur metabolism in Aspergillus species. Together, this study identified conserved components required for GT protection in Aspergillus species. Author Summary A. fumigatus secretes mycotoxins that are essential for its virulence and pathogenicity. Gliotoxin (GT) is a sulfur-containing mycotoxin, which is known to impair several aspects of the human immune response. GT is also toxic to different fungal species, which have evolved several GT protection strategies. To further decipher these responses, we used transcriptional profiling aiming to compare the response to GT in the GT producer A. fumigatus and the GT non-producer A. nidulans . This analysis allowed us to identify additional genes with a potential role in GT protection. We also identified 15 transcription factors (TFs) encoded in the A. fumigatus genome that are important for conferring resistance to exogenous gliotoxin. One of these TFs, KojR, which is essential for A. oryzae kojic acid production, is also important for virulence and GT protection in A. fumigatus, A. nidulans and A. oryzae . KojR regulates the expression of another TF, an oxidoreductase, previously shown to be essential for GT protection, and sulfur metabolism. Together, this work identified conserved components required for gliotoxin protection in Aspergillus species.

Abstract Protein acetylation is a crucial post-translational modification that controls gene expression and a variety of biological processes. Sirtuins, a prominent class of NAD + -dependent lysine deacetylases, serve as key regulators of protein acetylation and gene expression in eukaryotes. In this study, six single knockout strains of fungal pathogen Aspergillus fumigatus were constructed, in addition to a strain lacking all predicted sirtuins (SIRTKO). Phenotypic assays suggest that sirtuins are involved in cell wall integrity, secondary metabolite production, thermotolerance, and virulence. AfsirE deletion resulted in attenuation of virulence, as demonstrated in murine and Galleria infection models. The absence of AfSirE leads to altered acetylation status of proteins, including histones and non-histones, resulting in significant changes in the expression of genes associated with secondary metabolism, cell wall biosynthesis, and virulence factors. These findings encourage testing sirtuin inhibitors as potential therapeutic strategies to combat A. fumigatus infections or in combination therapy with available antifungals.

Fungal pathogens exhibit extensive strain heterogeneity, including variation in virulence. Whether closely related non-pathogenic species also exhibit strain heterogeneity remains unknown. Here, we comprehensively characterized the pathogenic potentials (i.e., the ability to cause morbidity and mortality) of 16 diverse strains of Aspergillus fischeri, a non-pathogenic close relative of the major pathogen Aspergillus fumigatus. In vitro immune response assays and in vivo virulence assays using a mouse model of pulmonary aspergillosis showed that A. fischeri strains varied widely in their pathogenic potential. Furthermore, pangenome analyses suggest that A. fischeri genomic and phenotypic diversity is even greater. Genomic, transcriptomic, and metabolomic profiling identified several pathways and secondary metabolites associated with variation in virulence. Notably, strain virulence was associated with the simultaneous presence of the secondary metabolites hexadehydroastechrome and gliotoxin. We submit that examining the pathogenic potentials of non-pathogenic close relatives is key for understanding the origins of fungal pathogenicity.

Aspergillus fumigatus , an important pulmonary fungal pathogen causing several diseases collectively called aspergillosis, relies on asexual spores or conidia for initiating host infection. Here, we used a phylogenomic approach to compare proteins in the conidial surface of A. fumigatus , two closely related non-pathogenic species, Aspergillus fischeri and Aspergillus oerlinghausenensis , and the cryptic pathogen Aspergillus lentulus . After identifying 62 proteins uniquely expressed on the A. fumigatus conidial surface, we deleted 42 genes encoding conidial proteins. We found deletion of 33 of these genes altered susceptibility to macrophage killing, penetration and damage to epithelial cells, and cytokine production. Notably, a gene that encodes glycosylasparaginase, which modulates levels of the host pro-inflammatory cytokine IL-1β, is important for infection in an immunocompetent murine model of fungal disease. These results suggest that A. fumigatus conidial surface proteins and effectors are important for evasion and modulation of the immune response at the onset of fungal infection.

Abstract Sporotrichosis, the cutaneous mycosis most commonly reported in Latin America, is caused by the Sporothrix clinical clade species, including Sporothrix brasiliensis and Sporothrix schenckii sensu stricto . In Brazil, S. brasiliensis represents a vital health threat to humans and domestic animals due to its zoonotic transmission. Itraconazole, terbinafine, and amphotericin B are the most used antifungals for treating sporotrichosis. However, many strains of S. brasiliensis and S. schenckii have shown resistance to these agents, highlighting the importance of finding new therapeutic options. Here, we demonstrate that milteforan, a commercial veterinary product against dog leishmaniasis whose active principle is miltefosine, is a possible therapeutic alternative for the treatment of sporotrichosis, as observed by its fungicidal activity in vitro against different strains of S. brasiliensis and S. schenckii , and by its antifungal activity when used to treat infected epithelial cells and macrophages. Our results suggest milteforan as a possible alternative to treat feline sporotrichosis.

Abstract Aspergillosis is an important opportunistic human disease caused by filamentous fungi in the genus Aspergillus . Roughly 70% of infections are caused by Aspergillus fumigatus , with the rest stemming from approximately a dozen other Aspergillus species. Several of these pathogens are closely related to A. fumigatus and belong in the same taxonomic section, section Fumigati . Pathogenic species are frequently most closely related to non-pathogenic ones, suggesting Aspergillus pathogenicity evolved multiple times independently. To understand the repeated evolution of Aspergillus pathogenicity, we performed comparative genomic analyses on 18 strains from 13 species, including 8 species in section Fumigati , which aimed to identify genes, both ones previously connected to virulence as well as ones never before implicated, whose evolution differs between pathogens and non-pathogens. We found that most genes were present in all species, including approximately half of those previously connected to virulence, but a few genes were section- or species-specific. Evolutionary rate analyses identified hundreds of genes in pathogens that were faster-evolving than their orthologs in non-pathogens. For example, over 25% of all single-copy genes examined in A. fumigatus were faster-evolving. Functional testing of deletion mutants of 17 transcription factor-encoding genes whose evolution differed between pathogens and non-pathogens identified eight genes that affect either fungal survival in a model of phagocytic killing, host survival in an animal model of fungal disease, or both. These results suggest that the evolution of pathogenicity in Aspergillus involved both conserved and species-specific genetic elements, illustrating how an evolutionary genomic approach informs the study of fungal disease.