Aspergillus fumigatus is a human fungal pathogen that can cause devastating pulmonary infections, termed "aspergilloses," in individuals suffering immune imbalances or underlying lung conditions. As rapid adaptation to stress is crucial for the outcome of the host-pathogen interplay, here we investigated the role of the versatile posttranslational modification (PTM) persulfidation for both fungal virulence and antifungal host defense. We show that an A. fumigatus mutant with low persulfidation levels is more susceptible to host-mediated killing and displays reduced virulence in murine models of infection. Additionally, we found that a single nucleotide polymorphism (SNP) in the human gene encoding cystathionine γ-lyase (CTH) causes a reduction in cellular persulfidation and correlates with a predisposition of hematopoietic stem cell transplant recipients to invasive pulmonary aspergillosis (IPA), as correct levels of persulfidation are required for optimal antifungal activity of recipients' lung resident host cells. Importantly, the levels of host persulfidation determine the levels of fungal persulfidation, ultimately reflecting a host-pathogen functional correlation and highlighting a potential new therapeutic target for the treatment of aspergillosis.

ABSTRACT Aspergillus fumigatus is a filamentous fungus that can infect the lungs of patients with immunosuppression and/or underlying lung-diseases. The mortality associated with chronic and invasive aspergillosis infections remain very high, despite availability of antifungal treatments. In the last decade, there has been a worrisome emergence and spread of resistance to the first line antifungals, the azoles. The mortality caused by resistant isolates is even higher, and patient management is complicated as the therapeutic options are reduced. Nevertheless, treatment failure is also common in patients infected with azole-susceptible isolates, which can be due to several non- mutually exclusive reasons, such as poor drug absorption. In addition, the phenomena of tolerance or persistence, where susceptible pathogens can survive the action of an antimicrobial for extended periods, have been associated with treatment failure in bacterial infections, and their occurrence in fungal infections already proposed. Here, we demonstrate that some isolates of A. fumigatus display persistence to voriconazole. A sub-population of the persister isolates can survive for extended periods and even grow at slow rates in the presence of supra-MIC (Minimum Inhibitory Concentration) of voriconazole and seemingly other azoles. Persistence cannot be eradicated with adjuvant drugs or antifungal combinations and seems to reduce the efficacy of treatment for certain individuals in a Galleria mellonella model of infection. Furthermore, persistence implies a distinct transcriptional profile, demonstrating that it is an active response. We propose that azole persistence might be a relevant and underestimated factor that could influence the outcome of infection in human aspergillosis. IMPORTANCE The phenomena of antibacterial tolerance and persistence, where pathogenic microbes can survive for extended periods in the presence of cidal drug concentrations, have received significant attention in the last decade. Several mechanisms of action have been elucidated, and their relevance for treatment failure in bacterial infections demonstrated. In contrast, our knowledge about antifungal tolerance and, particularly, persistence are still very scarce. In this study, we have characterised the response of the prominent fungal pathogen Aspergillus fumigatus to the first line therapy antifungal voriconazole. We comprehensively show that some isolates display persistence to this fungicidal antifungal and identify various potential mechanisms of action. In addition, using an alternative model of infection, we provide initial evidence to suggest that persistence may cause treatment failure in some individuals. Therefore, we propose that azole persistence is an important factor to consider and further investigate in A. fumigatus .

ABSTRACT Awareness that fungal coinfection complicates viral respiratory infections causing worse disease outcome has recently emerged. The environmental fungus Aspergillus fumigatus ( Af ) has been reported as the main driver of fungal coinfection in patients suffering from viral infections caused by Cytomegalovirus, Influenza or more recently SARS-CoV2. The airway epithelium is the first common point of contact between inhaled pathogens and the host. Aberrant airway epithelial cell (AEC) responses against fungal challenge have been described in patients susceptible to aspergillosis. Therefore, it is likely that a dysregulation of AEC responses during fungal-viral coinfection represents a potent driver for the development of fungal disease. Here we used an in vitro model of Af -viral infection of AECs to determine outcomes of spore internalisation, killing and viral replication during coinfection. Our data indicate that viral stimulation, while boosting Af uptake by AECs, limits Af spore killing by those cells, favouring fungal persistence and growth. Type I viral-induced interferon release was significantly decreased in the presence of Af hyphal forms suggesting a possible role of Af secreted factors in modulating viral pathogenicity. We next explored the impact of Af challenge in SARS-CoV2 replication within airway epithelial cells using nano-luciferase as a measure of viral replication. We found that Af increased SARS-CoV2 pathogenicity in a strain-dependent manner. Collectively, our findings demonstrate a mutual inhibition of antifungal and antiviral AEC responses during Af- viral coinfection and also suggest that some fungal factors might be key regulators of co-pathogenicity during in lung infection.

More than 10 million people suffer from lung diseases caused by the pathogenic fungus Aspergillus fumigatus. Azole antifungals represent first-line therapeutics for most of these infections but resistance is rising, therefore the identification of antifungal targets whose inhibition synergises with the azoles could improve therapeutic outcomes. Here, we generate a library of 111 genetically barcoded null mutants of Aspergillus fumigatus in genes encoding protein kinases, and show that loss of function of kinase YakA results in hypersensitivity to the azoles and reduced pathogenicity. YakA is an orthologue of Candida albicans Yak1, a TOR signalling pathway kinase involved in modulation of stress responsive transcriptional regulators. We show that YakA has been repurposed in A. fumigatus to regulate blocking of the septal pore upon exposure to stress. Loss of YakA function reduces the ability of A. fumigatus to penetrate solid media and to grow in mouse lung tissue. We also show that 1-ethoxycarbonyl-beta-carboline (1-ECBC), a compound previously shown to inhibit C. albicans Yak1, prevents stress-mediated septal spore blocking and synergises with the azoles to inhibit A. fumigatus growth.

Abstract Drug tolerance leads to increased cell survival upon antimicrobial treatment and its contribution to the emergence of antimicrobial resistance is well described in bacteria. However, this antimicrobial response is still overlooked in human fungal pathogens, such as Aspergillus fumigatus . Due to the global increase of antifungal resistance to currently used antifungals to treat aspergillosis, new antifungals such as the pyrimidine synthesis inhibitor olorofim have been developed. Here, we show that reversing olorofim activity by the addition of exogenous pyrimidines reveals the presence of olorofim tolerance in 4% of A. fumigatus environmental strains. Disrupting cell wall integrity or inhibiting efflux transport in those strains reverses olorofim tolerance, yet inconsistently, thus suggesting that this response may have a multifactorial origin. Understanding the mechanistic basis of A. fumigatus tolerance to olorofim will increase our knowledge on its contribution to resistance allowing the development of strategies to suppress it before this promising antifungal reaches clinical implementation.

Abstract Rationale Covid-associated pulmonary aspergillosis (CAPA) is a life-threatening complication in patients with severe COVID-19. Previously, acute respiratory distress syndrome in patients with COVID-19 has been associated with lung fungal dysbiosis, evidenced by reduced microbial diversity and Candida colonisation. Increased fungal burden in the lungs of critically ill COVID-19 patients is linked to prolonged mechanical ventilation and increased mortality. However, specific mycobiome signatures associated with severe COVID-19 in the context of survival and antifungal drug prophylaxis have not yet been determined and such knowledge could have an important impact on treatment. Objectives To understand the composition of the respiratory mycobiome in critically ill COVID-19 patients with and without CAPA, the impact of antifungal use and its role in patient outcome. Methods We performed a multi-national study of 39 COVID-19 patients in intensive care units (ICU) with and without CAPA. Respiratory mycobiome was profiled using ITS1 sequencing and Aspergillus fumigatus burden was further validated using qPCR. Fungal communities were investigated using alpha diversity, beta diversity, taxa prevalence and taxa abundances. Results Respiratory mycobiomes were dominated by Candida and Aspergillus. There was no significant association with corticosteroid use or CAPA diagnosis and respiratory fungal communities. Increased A. fumigatus burden was associated with mortality. The use of antifungals at ICU admission was associated with an absence of A. fumigatus . Conclusions Our findings suggest that systemic antifungal treatment at ICU admission may be protective against A. fumigatus- associated mortality in CAPA.

Abstract Background Exposure to fungi, especially Aspergillus fumigatus (A.f.) , can elicit potent allergic inflammation that triggers and worsens asthmatic disease. Dendritic cells (DCs), initiate allergic inflammatory responses to allergic stimuli. However, it is unclear if A.f. spores during isotropic growth (early spore swelling) can activate DCs to initiate allergic responses or if germination is required. This lack of basic understanding of how A.f. causes disease is a barrier to the development of new treatments. Objective To show that a precise A . f . morphotype stage during spore swelling can trigger DCs to mediate allergic inflammatory responses and ascertain if antifungal therapeutics can be effective at suppressing this process. Methods We employed an A.f. strain deficient in pyrimidine biosynthesis (ΔpyrG) to generate populations of A.f. spores arrested at different stages of isotropic growth (swelling) via temporal removal of uracil and uridine from growth media. These arrested spore stages were cultured with bone marrow derived DCs (BMDCs), and their activation measured via flow cytometry and ELISA to interrogate which growth stage was able to activate BMDCs. These BMDCs were then adoptively transferred into the airways, to assess if they were able to mediate allergic inflammation in naive recipient mice. Allergic airway inflammation in vivo was determined via flow cytometry, ELISA and qPCR. This system was also used to determine if antifungal drug (itraconazole) treatment could alter early stages of spore swelling and therefore BMDC activation and in vivo allergic inflammation upon adoptive transfer. Results We found that A . f . isotropic growth is essential to trigger BMDC activation and mediate allergic airway inflammation. Furthermore, using time arrested A.f. stages, we found that least 3h in growth media enabled spores to swell sufficiently to activate BMDCs to elicit allergic airway inflammation in vivo . Incubation of germinating A.f. with itraconazole reduced spore swelling and partially reduced their ability to activate BMDCs to elicit in vivo allergic airway inflammation. Conclusion In summary, our results have pinpointed the precise stage of A . f . development when germinating spores are able to activate DCs to mediate downstream allergic airway inflammation. Furthermore, we have identified that antifungal therapeutics can be effective in reducing the potential of A.f. spores to stimulate allergic responses, highlighting a potential mechanism by which antifungal treatment might help to prevent the development of fungal allergy.

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.