ABSTRACT The inoculum size effect in the dimorphic fungus Candida albicans results from production of an extracellular quorum-sensing molecule (QSM). This molecule prevents mycelial development in both a growth morphology assay and a differentiation assay using three chemically distinct triggers for germ tube formation (GTF): l -proline, N -acetylglucosamine, and serum (either pig or fetal bovine). In all cases, the presence of QSM prevents the yeast-to-mycelium conversion, resulting in actively budding yeasts without influencing cellular growth rates. QSM exhibits general cross-reactivity within C. albicans in that supernatants from strain A72 are active on five other strains of C. albicans and vice versa. The QSM excreted by C. albicans is farnesol (C 15 H 26 O; molecular weight, 222.37). QSM is extracellular, and is produced continuously during growth and over a temperature range from 23 to 43°C, in amounts roughly proportional to the CFU/milliliter. Production is not dependent on the type of carbon source nor nitrogen source or on the chemical nature of the growth medium. Both commercial mixed isomer and ( E,E )-farnesol exhibited QSM activity (the ability to prevent GTF) at a level sufficient to account for all the QSM activity present in C. albicans supernatants, i.e., 50% GTF at ca. 30 to 35 μM. Nerolidol was ca. two times less active than farnesol. Neither geraniol (C 10 ), geranylgeraniol (C 20 ), nor farnesyl pyrophosphate had any QSM activity.

Abstract We investigated the ability of Serratia marcescens to kill Manduca sexta (tobacco/tomato hornworm) larvae following injection of ca. 5 × 10 5 bacteria into the insect hemolymph. Fifteen bacterial strains were examined, including 12 non-pigmented clinical isolates from humans. They fell into 6 groups depending on the timing and rate at which they caused larval death. Relative insect toxicity was not correlated with pigmentation, colony morphology, biotype, motility, capsule formation, iron availability, surfactant production, swarming ability, antibiotic resistance, bacteriophage susceptibility, salt tolerance, nitrogen utilitization patterns, or the production of 4 exoenzymes: proteases, DNase, lipase, or phospholipase. There were marked differences in chitinase production, the types of homoserine lactone (HSL) quorum sensing molecules produced, and the blood agar hemolysis patterns observed. However, none of these differences correlated with the six insect larval virulence groups. Thus, the actual offensive or defensive virulence factors possessed by these strains remain unidentified. The availability of this set of S. marcescens strains, covering the full range from highly virulent to non-virulent, should permit future genomic comparisons to identify the precise mechanisms of larval toxicity.

ABSTRACT Farnesol salvage, a two-step pathway converting farnesol to farnesyl pyrophosphate (FPP), occurs in bacteria, plants, and animals. This paper investigates the presence of this pathway in fungi. Through bioinformatics, biochemistry, and physiological analyses, we demonstrate its absence in the yeasts Saccharomyces cerevisiae and Candida albicans , suggesting a likely absence across fungi. We screened 1,053 fungal genomes, including 34 from C. albicans , for potential homologs to four genes ( Arabidopsis thaliana AtFOLK , AtVTE5 , AtVTE6 , and Plasmodium falciparum PfPOLK ) known to accomplish farnesol/prenol salvage in other organisms. Additionally, we showed that 3 H-farnesol was not converted to FPP or any other phosphorylated prenol, and exogenous farnesol was not metabolized within 90 minutes at any phase of growth and did not rescue cells from the toxic effects of atorvastatin, but it did elevate the levels of intracellular farnesol (F i ). All these experiments were conducted with C. albicans . In sum, we found no evidence for farnesol salvage in fungi. IMPORTANCE The absence of farnesol salvage constitutes a major difference in the metabolic capabilities of fungi. In terms of fungal physiology, the lack of farnesol salvage pathways relates to how farnesol acts as a quorum-sensing molecule in Candida albicans and why farnesol should be investigated for use in combination with other known antifungal antibiotics. Its absence is essential for a model (K. W. Nickerson et al., Microbiol Mol Biol Rev 88:e00081-22, 2024), wherein protein farnesylation, protein chaperones, and the unfolded protein response are combined under the unifying umbrella of a cell’s intracellular farnesol (F i ). In terms of human health, farnesol should have at least two different modes of action depending on whether those cells have farnesol salvage. Because animals have farnesol salvage, we can now see the importance of dietary prenols as well as the potential importance of farnesol in treating neurodegenerative diseases such as Parkinson’s disease, Alzheimer’s disease, and multiple sclerosis.

ABSTRACT Science is challenging because we do not know what we do not know. Commercial chemicals are often marketed with >99% purity, but 0.5–1% impurity can impact results and cloud data interpretation. We recently developed an assay for farnesol and aromatic fusel alcohols from Candida albicans . During proof-of-concept experiments using RPMI-1640 growth media, the buffering compound was switched from MOPS obtained from Acros Organics to MOPS obtained from Sigma-Aldrich, both labeled 99% + purity. We observed a twofold decrease in growth, along with a three- to fivefold increase in farnesol production per cell upon the switch. ICP-MS showed that trace Mn(II) was present in Acros MOPS but absent in Sigma MOPS. Optimal growth was achieved by the addition of Mn(II), Zn(II), and Fe(II). We established upper and lower limits for Fe(II), Zn(II), Cu(II), and Mn(II) that allowed similar growth and then assessed 16 different mineral combinations in RPMI-1640 base media. The results show an increased production of farnesol and the aromatic fusel alcohols when Zn(II) is abundant, and a further increase in the aromatic fusel alcohols when both Fe(II) and Zn(II) are abundant. Finally, antifungal susceptibility testing displayed no significant difference between RPMI/MOPS with and without mineral supplementation. Supplemental Mn(II) was most needed for cell growth, while supplemental Zn(II) was most needed for the production of farnesol and the aromatic fusel alcohols. To avoid these artifacts due to metal contamination, we now use a modified RPMI supplemented with 1 mg/ L of Cu(II), Zn(II), Mn(II), and Fe(II). IMPORTANCE The dimorphic fungus Candida albicans is a major opportunistic pathogen of humans. RPMI-1640 is a chemically defined growth medium commonly used with C. albicans . We identified over 32,000 publications with keywords RPMI and C. albicans . Additionally, Antifungal Susceptibility Testing (AFST) protocols in the United States (CLSI) and Europe (EUCAST) utilize RPMI as a base media to assess drug efficacy against clinical fungal isolates. RPMI contains many nutrients but no added trace metals. We found that the growth characteristics with RPMI were dependent on which MOPS buffer was chosen and the contamination of that buffer by trace levels of Mn(II) and Zn(II). Added Mn(II) was most needed for cell growth while added Zn(II) was most needed for secretion of farnesol and other signaling molecules.

Abscisic acid (ABA) is a phytohormone that has been extensively characterized in higher plants for its roles in seed and bud dormancy, leaf abscission, and stress responses. Genomic studies have identified orthologs for ABA-related genes throughout the Viridiplantae, including in unicellular algae; however, the role of ABA in algal physiology has not been characterized, and the existence of such a role has been a matter of dispute. In this study, we demonstrate that ABA is involved in regulating algal stress responses. Chlorella sorokiniana strain UTEX 1230 contains genes orthologous to those of higher plants which are essential for ABA biosynthesis, sensing, and degradation. RNAseq-based transcriptomic studies reveal that treatment with ABA induces dramatic changes in gene expression profiles, including the induction of a subset of genes involved in DNA replication and repair, a phenomenon which has been demonstrated in higher plants. Pretreatment of C. sorokiniana cultures with ABA exerts a protective effect on cell viability in response to ultraviolet radiation. Additionally, C. sorokiniana produces and secretes biologically relevant amounts of both ABA and the oxylipin 12-oxo-phytodienoic acid (OPDA) into the growth medium in response to abiotic stressors. Taken together, these phenomena suggest that ABA signaling evolved as an intercellular stress response signaling molecule in eukaryotic microalgae prior to the evolution of multicellularity and colonization of land.

Indole-3-acetic acid is a ubiquitous small molecule found in all domains of life. It is the predominant and most active auxin in seed plants, where it coordinates a variety of complex growth and development processes. The potential origin of auxin signaling in algae remains a matter of some controversy. In order to clarify the evolutionary context of algal auxin signaling, we undertook a genomic survey to assess whether auxin acts as a signaling molecule in the emerging model chlorophyte Chlorella sorokiniana UTEX 1230. C. sorokiniana produces the auxin indole-3-acetic acid (IAA), which was present in both the cell pellet and in the supernatant at a concentration of ~1 nM, and its genome encodes orthologs of genes related to auxin synthesis, transport, and signaling in higher plants. Candidate orthologs for the canonical AUX/IAA signaling pathway were not found; however, auxin-binding protein 1 (ABP1), an alternate auxin receptor, is present and highly conserved at essential auxin binding and zinc coordinating residues. Additionally, candidate orthologs for PIN proteins, responsible for intercellular, vectorial auxin transport in higher plants, were not found, but PILs (PIN-Like) proteins, a recently discovered family that mediates intracellular auxin transport, were identified. The distribution of auxin related gene in this unicellular chlorophyte demonstrates that a core suite of auxin signaling components was present early in the evolution of plants. Understanding the simplified auxin signaling pathways in chlorophytes will aid in understanding phytohormone signaling and crosstalk in seed plants, and in understanding the diversification and integration of developmental signals during the evolution of multicellular plants.

Abstract Candida albicans is an efficient colonizer of human gastrointestinal tracts and skin and is an opportunistic pathogen. C. albicans exhibits morphological plasticity and the ability to switch between yeast and filamentous morphologies is associated with virulence. One regulator of this switch is the quorum sensing molecule farnesol which is produced by C. albicans throughout growth. However, the synthesis, secretion, regulation, and turnover of farnesol is not fully understood. To address this, we used our improved farnesol assay to screen a transcription regulator knockout library of 164 mutants for farnesol accumulation in whole cultures, pellets, and supernatants. All mutants produced farnesol and they averaged 9.2X more farnesol in the pellet than the supernatant. Nineteen mutants had significant differences with ten mutants producing more farnesol than their SN152 + parent while nine produced less. Seven mutants exhibited greater secretion of farnesol while two exhibited less. We examined the time course for farnesol accumulation in six mutants with the greatest accumulation differences and found that those differences persisted throughout growth and they were not time dependent. Significantly, two high accumulating mutants did not exhibit the decay in farnesol levels during stationary phase characteristic of wild type C. albicans , suggesting that a farnesol modification/degradation mechanism is absent in these mutants. Identifying these transcriptional regulators provides new insight into farnesol’s physiological functions regarding cell cycle progression, white-opaque switching, yeast-mycelial dimorphism, and response to cellular stress.