Extracellular vesicle production is a ubiquitous process in Gram-negative bacteria, but little is known about such process in Gram-positive bacteria. We report the isolation of extracellular vesicles from the supernatants of Bacillus anthracis, a Gram-positive bacillus that is a powerful agent for biological warfare. B. anthracis vesicles formed at the outer layer of the bacterial cell had double-membrane spheres and ranged from 50 to 150 nm in diameter. Immunoelectron microscopy with mAbs to protective antigen, lethal factor, edema toxin, and anthrolysin revealed toxin components and anthrolysin in vesicles, with some vesicles containing more than one toxin component. Toxin-containing vesicles were also visualized inside B. anthracis -infected macrophages. ELISA and immunoblot analysis of vesicle preparations confirmed the presence of B. anthracis toxin components. A mAb to protective antigen protected macrophages against vesicles from an anthrolysin-deficient strain, but not against vesicles from Sterne 34F2 and Sterne δT strains, consistent with the notion that vesicles delivered both toxin and anthrolysin to host cells. Vesicles were immunogenic in BALB/c mice, which produced a robust IgM response to toxin components. Furthermore, vesicle-immunized mice lived significantly longer than controls after B. anthracis challenge. Our results indicate that toxin secretion in B. anthracis is, at least, partially vesicle-associated, thus allowing concentrated delivery of toxin components to target host cells, a mechanism that may increase toxin potency. Our observations may have important implications for the design of vaccines, for passive antibody strategies, and provide a previously unexplored system for studying secretory pathways in Gram-positive bacteria.

Melanins are ancient biological pigments found in all kingdoms of life. In fungi, their role in microbial pathogenesis is well established; however, these complex biomolecules also confer upon fungal microorganisms the faculty to tolerate extreme environments such as the Earth's poles, the International Space Station and places contaminated by toxic metals and ionizing radiation. A remarkable property of melanin is its capacity to interact with a wide range of electromagnetic radiation frequencies, functioning as a protecting and energy harvesting pigment. Other roles of fungal melanin include scavenging of free radical, thermo-tolerance, metal ion sequestration, cell development, and mechanical-chemical cellular strength. In this review, we explore the various functions ascribed to this biological pigment in fungi and its remarkable physicochemical properties.

Background Extracellular vesicles in yeast cells are involved in the molecular traffic across the cell wall. In yeast pathogens, these vesicles have been implicated in the transport of proteins, lipids, polysaccharide and pigments to the extracellular space. Cellular pathways required for the biogenesis of yeast extracellular vesicles are largely unknown. Methodology/Principal Findings We characterized extracellular vesicle production in wild type (WT) and mutant strains of the model yeast Saccharomyces cerevisiae using transmission electron microscopy in combination with light scattering analysis, lipid extraction and proteomics. WT cells and mutants with defective expression of Sec4p, a secretory vesicle-associated Rab GTPase essential for Golgi-derived exocytosis, or Snf7p, which is involved in multivesicular body (MVB) formation, were analyzed in parallel. Bilayered vesicles with diameters at the 100–300 nm range were found in extracellular fractions from yeast cultures. Proteomic analysis of vesicular fractions from the cells aforementioned and additional mutants with defects in conventional secretion pathways (sec1-1, fusion of Golgi-derived exocytic vesicles with the plasma membrane; bos1-1, vesicle targeting to the Golgi complex) or MVB functionality (vps23, late endosomal trafficking) revealed a complex and interrelated protein collection. Semi-quantitative analysis of protein abundance revealed that mutations in both MVB- and Golgi-derived pathways affected the composition of yeast extracellular vesicles, but none abrogated vesicle production. Lipid analysis revealed that mutants with defects in Golgi-related components of the secretory pathway had slower vesicle release kinetics, as inferred from intracellular accumulation of sterols and reduced detection of these lipids in vesicle fractions in comparison with WT cells. Conclusions/Significance Our results suggest that both conventional and unconventional pathways of secretion are required for biogenesis of extracellular vesicles, which demonstrate the complexity of this process in the biology of yeast cells.

Abstract Candida auris is a recently described multidrug-resistant pathogenic fungus that is increasingly responsible for healthcare associated outbreaks across the world. Bloodstream infections of this fungus cause death in up to 70% of the cases. Aggravating this scenario, C. auris’ disease-promoting mechanisms are poorly understood. Fungi release extracellular vesicles (EVs) carrying a broad range of molecules including proteins, lipids, carbohydrates, pigments, and RNA, many of which are virulence factors. Here, we carried out a comparative molecular characterization of C. auris and C. albicans EVs and evaluated their capacity to modulate effector mechanisms of host immune defense. Using proteomics, lipidomics, and transcriptomics, we found that C. auris released EVs with payloads that were strikingly different from EVs released by C. albicans . EVs released by C. auris potentiated the adhesion of this yeast to an epithelial cell monolayer. C. auris EVs also induced the expression of surface activation markers and cytokines by bone marrow-derived dendritic cells. Altogether, our findings show distinct profiles and properties of EVs released by C. auris and by C. albicans, and highlight the potential contribution of C. auris EVs to the pathogenesis of this emerging pathogen.

Abstract Fungi play essential roles in global ecology and economy, but their thermal biology is widely unknown. Mushrooms were previously noticed to be colder than surrounding air via evaporative cooling or evapotranspiration. Here we applied infrared imaging to reveal that not just mushrooms, but also molds and yeasts maintain colder temperatures than their surroundings via evapotranspiration. On average, fungal specimens are ~2.5 °C colder than the surrounding temperature. The relatively cold temperature of mushrooms can be observed throughout the whole fruiting process and at the level of mycelium. The mushroom’s hymenium appeared the coldest and different areas of the Pleurotus ostreatus mushroom appear to dissipate heat differently. Evapotranspiration in yeast and mold biofilms can be measured from the accumulation of condensed water droplets above biofilms; which is significantly higher than the surrounding agar. We also present a mushroom-based air-cooling system (MycoCooler™) capable of passively reducing the temperature of a closed compartment by approximately 10 °C in 25 minutes. These findings suggest that the fungal kingdom is characteristically cold. Since fungi make up ~2% of Earth biomass, their evapotranspiration may contribute to planetary temperatures in local environments. This study present new research avenues in fungal biology, biomedicine, microclimate, and sustainable energy.

ABSTRACT Invasive fungal diseases are prevalent in immunocompromised individuals in whom current therapies often provide suboptimal results. Additionally, the increased resistance to the available antifungal drugs necessitates a search for new compounds. This study reports the antifungal activity of six 5-, 6-, and 7-membered 2,3-diphenyl-2,3-dihydro-1,3-thiaza-4-ones against Lomentospora prolificans and Cryptococcus neoformans . Our data showed that some of the compounds tested had a low MIC and damage on the cell surface of the tested fungal species.

Abstract The polysaccharide capsule of fungal pathogen Cryptococcus neoformans is a critical virulence factor that has historically evaded characterization. Polysaccharides remain attached to the cell as capsular polysaccharide (CPS) or are shed into the surroundings in the form of exopolysaccharide (EPS). While a great deal of study has been done examining the properties of EPS, far less is known about CPS. In this work, we detail the development of new physical and enzymatic methods for the isolation of CPS which can be used to explore the architecture of the capsule and removed capsular material. Sonication and glucanex digestion yield soluble CPS preparations, while French Press and modified glucanex digestion plus vortexing remove the capsule and cell wall producing polysaccharide aggregates that we call ‘capsule ghosts.’ The existence of capsule ghosts implies an inherent organization that allows it to exist independent of the cell wall surface. As sonication and glucanex digestion were noncytotoxic, it was possible to observe the cryptococcal cells rebuilding their capsule, revealing new insights into capsule architecture and synthesis consistent with a model in which the capsule is assembled from smaller polymers, which are then assemble into larger ones. Importance Characterization of the cryptococcal polysaccharide capsule relies on methods of isolation for its in vitro study. This study demonstrates that the capsule is susceptible to physical and enzymatic removal. The application of new methods yields insights into the anatomy, modular nature, and architecture of the capsule with both soluble CPS preparations and ‘capsule ghosts.’ Together these insights inform on a long-standing debate modeling capsular assembly wherein our data shows that the capsule is assembled by smaller polymers added distally rather than by proximal addition or by polymers spanning the entire capsule radius.

Abstract Cryptococcus neoformans is an encapsulated yeast that causes disease mainly in immunosuppressed hosts. It is considered a facultative intracellular pathogen because of its capacity to survive and replicate inside phagocytes, especially macrophages. This capacity is heavily dependent on various virulence factors, particularly the glucuronoxylomannan (GXM) component of the polysaccharide capsule, that render the non- or poorly-activated macrophage ineffective against phagocytosed yeast. Strategies utilized by macrophages to prevent this scenario include pyroptosis (a rapid highly inflammatory cell death) and vomocytosis (the expulsion of the pathogen from the intracellular environment without lysis). Inflammasome activation in phagocytes is usually protective against fungal infections, including cryptococcosis. Nevertheless, recognition of C. neoformans by inflammasome receptors requires specific changes in morphology or the opsonization of the yeast, impairing a proper inflammasome function. In this context, we analyzed the impact of molecules secreted by C. neoformans B3501 strain and its acapsular mutant Δcap67 in an inflammasome activation in vitro model. Our results showed that conditioned media derived from B3501 was capable of inhibiting inflammasome dependent events (i. e. IL-1β secretion and LDH release via pyroptosis) more strongly than conditioned media from Δcap67 , regardless of GXM presence. We also demonstrated that macrophages treated with conditioned media were less responsive against infection with the virulent strain H99, exhibiting lower rates of phagocytosis, increased fungal burdens and enhanced vomocytosis. Moreover, we showed that the aromatic metabolite DL-Indole-3-lactic acid (ILA) was present in B3501’s conditioned media and that this fungal metabolite is involved in the regulation of inflammasome activation by C. neoformans . Overall, the results presented show that conditioned media from a wild-type strain can inhibit an important recognition pathway and subsequent fungicidal functions of macrophages, contributing to fungal survival in vitro and suggesting that this serves as an important role for secreted molecules during cryptococcal infections. Author’s Summary Cryptococcus neoformans is the agent of cryptococcal meningitis, a disease that can be life-threatening in immunocompromised hosts such as those infected with HIV. The infection thrives in hosts that poorly activate their immune system, mainly because of the yeast’s ability to survive inside macrophages and migrate towards the central nervous system. Emerging data indicate that cryptococci modulate the host immune response, but the underlying mechanisms remain largely uncharacterized. Here we show that secreted molecules from a wild-type strain of C. neoformans impair inflammatory responses driven by inflammasome activation, which in turn impact the macrophage antifungal activity. We further show that this inhibition does not involve GXM, the main constituent of the fungal capsule, but rather is partially dependent on DL-Indole-3-lactic acid (ILA), a metabolite not previously implicated in fungal virulence.

Cryptococcus neoformans is an environmental pathogenic fungus with a worldwide geographical distribution that is responsible for hundreds of thousands human cryptococcosis cases each year. During infection, the yeast undergoes a morphological transformation involving capsular enlargement that increases microbial volume. To understand the factors that play a role in environmental dispersal of C. neoformans and C. gatii we evaluated the buoyant cell density of Cryptococcus using Percoll isopycnic gradients. We found differences in the buoyant cell density of strains belonging to C. neoformans and C. gatii species complexes. The buoyant cell density of C. neoformans strains varied depending on growth medium conditions. In minimal medium, the cryptococcal capsule made a major contribution to the buoyant cell density such that cells with larger capsules had lower density than those with smaller capsules. Removing the capsule, both by chemical or mechanical methods, decreased the C. neoformans cell density. Melanization of the C. neoformans cell wall, which also contributes to virulence, produced a small but consistent increase in cell density. C. neoformans sedimented much slower in seawater as its density approached the density of water. Our results suggest a new function for the capsule whereby it can function as a flotation device to facilitate transport and dispersion in aqueous fluids.

Melanins are synthesized macromolecules that are found in all biological kingdoms. These pigments have a myriad of roles that range from microbial virulence to key components of the innate immune response in invertebrates. Melanins also exhibit unique properties with potential applications in physics and material sciences, ranging from electrical batteries to novel therapeutics. In the fungi, melanins such as eumelanins, are components of the cell wall that provide protection against biotic and abiotic elements. Elucidation of the smallest fungal cell wall-asociated melanin unit that serves as a building block is critical to understand the architecture of these polymers, its interaction with surrounding components, and their functional versatility. In this study, we used isopycnic gradient sedimentation, NMR, EPR, high-resolution microscopy, and proteomics to analyze the melanin in the cell wall of the human pathogenic fungus Cryptococcus neoformans. We observed that melanin is assembled into the cryptococcal cell wall in spherical structures of ~200 nm in diameter, termed melanin granules, which are in turn composed of nanospheres of ~30 nm in diameter, the fungal melanosomes. We noted that melanin granules are closely associated with proteins that may play critical roles in the fungal melanogenesis and the supramolecular structure of this polymer. Using this structural information, we propose a model for C. neoformans melanization that is similar to the process used in animal melanization and is consistent with the phylogenetic relatedness of the fungal and animal kingdoms.