Antimicrobial peptides (AMPs) are a valuable source of antimicrobial agents and a potential solution to the multi-drug resistance problem. In particular, short-length AMPs have been shown to have enhanced antimicrobial activities, higher stability, and lower toxicity to human cells. We present a short-length (≤30 aa) AMP prediction method, Deep-AmPEP30, developed based on an optimal feature set of PseKRAAC reduced amino acids composition and convolutional neural network. On a balanced benchmark dataset of 188 samples, Deep-AmPEP30 yields an improved performance of 77% in accuracy, 85% in the area under the receiver operating characteristic curve (AUC-ROC), and 85% in area under the precision-recall curve (AUC-PR) over existing machine learning-based methods. To demonstrate its power, we screened the genome sequence of Candida glabrata—a gut commensal fungus expected to interact with and/or inhibit other microbes in the gut—for potential AMPs and identified a peptide of 20 aa (P3, FWELWKFLKSLWSIFPRRRP) with strong anti-bacteria activity against Bacillus subtilis and Vibrio parahaemolyticus. The potency of the peptide is remarkably comparable to that of ampicillin. Therefore, Deep-AmPEP30 is a promising prediction tool to identify short-length AMPs from genomic sequences for drug discovery. Our method is available at https://cbbio.cis.um.edu.mo/AxPEP for both individual sequence prediction and genome screening for AMPs. Antimicrobial peptides (AMPs) are a valuable source of antimicrobial agents and a potential solution to the multi-drug resistance problem. In particular, short-length AMPs have been shown to have enhanced antimicrobial activities, higher stability, and lower toxicity to human cells. We present a short-length (≤30 aa) AMP prediction method, Deep-AmPEP30, developed based on an optimal feature set of PseKRAAC reduced amino acids composition and convolutional neural network. On a balanced benchmark dataset of 188 samples, Deep-AmPEP30 yields an improved performance of 77% in accuracy, 85% in the area under the receiver operating characteristic curve (AUC-ROC), and 85% in area under the precision-recall curve (AUC-PR) over existing machine learning-based methods. To demonstrate its power, we screened the genome sequence of Candida glabrata—a gut commensal fungus expected to interact with and/or inhibit other microbes in the gut—for potential AMPs and identified a peptide of 20 aa (P3, FWELWKFLKSLWSIFPRRRP) with strong anti-bacteria activity against Bacillus subtilis and Vibrio parahaemolyticus. The potency of the peptide is remarkably comparable to that of ampicillin. Therefore, Deep-AmPEP30 is a promising prediction tool to identify short-length AMPs from genomic sequences for drug discovery. Our method is available at https://cbbio.cis.um.edu.mo/AxPEP for both individual sequence prediction and genome screening for AMPs.

Abstract Candida glabrata can thrive inside macrophages and tolerate high levels of azole antifungals. These innate abilities render infections by this human pathogen a clinical challenge. How C. glabrata reacts inside macrophages and what is the molecular basis of its drug tolerance are not well understood. Here, we mapped genome-wide RNA polymerase II (RNAPII) occupancy in C. glabrata to delineate its transcriptional responses during macrophage infection in high temporal resolution. RNAPII profiles revealed dynamic C. glabrata responses to macrophage with genes of specialized pathways activated chronologically at different times of infection. We identified an uncharacterized transcription factor (CgXbp1) important for the chronological macrophage response, survival in macrophages, and virulence. Genome-wide mapping of CgXbp1 direct targets further revealed its multi-faceted functions, regulating not only virulence-related genes but also genes associated with drug resistance. Finally, we showed that CgXbp1 indeed also affects azole resistance. Overall, this work presents a powerful approach for examining host-pathogen interaction and uncovers a novel transcription factor important for C. glabrata ’s survival in macrophages and drug tolerance.

Abstract Aspergillus fumigatus is the main causative agent of invasive pulmonary aspergillosis (IPA), a severe disease that affects immunosuppressed patients worldwide. The fungistatic drug caspofungin is the second line therapy against IPA but has increasingly been used against clinical strains that are resistant to azoles, the first line antifungal therapy. In high concentrations, caspofungin induces a tolerance phenotype with partial reestablishment of fungal growth called caspofungin paradoxical effect (CPE), resulting from a change in the composition of the cell wall. An increasing number of studies has shown that different isolates of A. fumigatus exhibit phenotypic heterogeneity, including heterogeneity in their CPE response. To gain insights into the underlying molecular mechanisms of CPE response heterogeneity, we analyzed the transcriptomes of two A. fumigatus reference strains, Af293 and CEA17, exposed to low and high caspofungin concentrations. We found that there is a core transcriptional response that involves genes related to cell wall remodeling processes, mitochondrial function, transmembrane transport, and amino acid and ergosterol metabolism, and a variable response related to secondary metabolite (SM) biosynthesis and iron homeostasis. Specifically, we show here that the overexpression of a SM pathway that works as an iron chelator extinguishes the CPE in both backgrounds, whereas iron depletion is detrimental for the CPE in Af293 but not in CEA17. We next investigated the function of the transcription factor CrzA, whose deletion was previously shown to result in heterogeneity in the CPE response of the Af293 and CEA17 strains. We found that CrzA constitutively binds to and modulates the expression of several genes related to processes involved in caspofungin tolerance, and that crzA deletion differentially impacts the SM production and growth of Af293 and CEA17. As opposed to the Δ crzA CEA17 mutant, the Δ crzA Af293 mutant fails to activate cell wall remodeling genes upon caspofungin exposure, which most likely severely affects its macrostructure and extinguishes its CPE. This work describes how heterogeneity in the response to an antifungal agent between A. fumigatus strains stems from heterogeneity in the function of a transcription factor and its downstream target genes.

The continuing emergence of invasive fungal pathogens poses an increasing threat to public health. Here, through the China Hospital Invasive Fungal Surveillance Net programme, we identified two independent cases of human infection with a previously undescribed invasive fungal pathogen, Rhodosporidiobolus fluvialis, from a genus in which many species are highly resistant to fluconazole and caspofungin. We demonstrate that R. fluvialis can undergo yeast-to-pseudohyphal transition and that pseudohyphal growth enhances its virulence, revealed by the development of a mouse model. Furthermore, we show that mouse infection or mammalian body temperature induces its mutagenesis, allowing the emergence of hypervirulent mutants favouring pseudohyphal growth. Temperature-induced mutagenesis can also elicit the development of pan-resistance to three of the most commonly used first-line antifungals (fluconazole, caspofungin and amphotericin B) in different Rhodosporidiobolus species. Furthermore, polymyxin B was found to exhibit potent activity against the pan-resistant Rhodosporidiobolus mutants. Collectively, by identifying and characterizing a fungal pathogen in the drug-resistant genus Rhodosporidiobolus, we provide evidence that temperature-dependent mutagenesis can enable the development of pan-drug resistance and hypervirulence in fungi, and support the idea that global warming can promote the evolution of new fungal pathogens.

Abstract Invasive Pulmonary aspergillosis is a life-threatening infection in immunosuppressed patients caused by the filamentous fungus Aspergillus fumigatus . Chromatin structure regulation is important for genome stability maintenance and has the potential to lead to genome rearrangements driving differences in virulence and pathogenesis of different A. fumigatus isolates. Here, we compared the chromatin activities of the most investigated clinical isolates Af293 and CEA17 and uncovered striking differences in the number, locations and expression of transposable elements. We found evidence for higher genome instability in Af293 as compared to CEA17 and identified a spontaneous Af293 variant that exhibits gross chromosomal alterations including the loss of a 320 kb long segment in chromosome VIII and the amplification of a biosynthetic gene cluster. As a consequence of these re-arrangements, the variant shows increased secondary metabolites production, growth and virulence. Our work emphasizes genome stability heterogeneity as an evolutionary driver of A. fumigatus fitness and virulence.

Abstract Aspergillus fumigatus is an important fungal pathogen and the main etiological agent of aspergillosis, a disease characterized by a noninvasive process that can evolve to a more severe clinical manifestation called invasive pulmonary aspergillosis (IPA) in immunocompromised patients. The antifungal arsenal to threat aspergillosis is very restricted. Azoles are the main therapeutic approach to control IPA, but the emergence of azole-resistant A. fumigatus isolates has significantly increased over the last decades. Therefore, new strategies are necessary to combat aspergillosis and drug repurposing has emerged as an efficient and alternative approach for identifying new antifungal drugs. Here, we used a screening approach to analyze A. fumigatus in vitro susceptibility to 1,127 compounds. A. fumigatus was more susceptible to 10 compounds, including miltefosine, a drug that displayed fungicidal activity against A. fumigatus . By screening an A. fumigatus transcription factor null library, we identified a single mutant, which has the rmiA (resistant to miltefosine) gene deleted, conferring a phenotype of susceptibility to miltefosine. The transcriptional profiling (RNA-seq) of the wild-type and the Δ rmiA strains and the Chromatin Immunoprecipitation coupled to next generation sequencing (ChIP-Seq) of a RmiA-tagged strain exposed to miltefosine revealed genes of the sphingolipids pathway that are directly or indirectly regulated by RmiA. Sphingolipids analysis demonstrated that the mutant has overall decreased levels of sphingolipids when growing in the presence of miltefosine. The identification of RmiA represents the first genetic element described and characterized which plays a direct role in miltefosine response in fungi. Author summary The filamentous fungus Aspergillus fumigatus causes a group of diseases named aspergillosis and their development occurs after the inhalation of conidia dispersed in the environment. Very few classes of antifungal drugs are available for aspergillosis treatment, e.g. , azoles, but the emergence of global resistance to azoles in A. fumigatus clinical isolates has increased over the last decades. Repositioning or repurposing drugs already available on the market is an interesting and faster opportunity for the identification of novel antifungals agents. By using a repurposing strategy, we identified 10 different compounds that impact A. fumigatus survival. One of these compounds, miltefosine, demonstrated fungicidal activity against A. fumigatus . The mechanism of action of miltefosine is unknown and aiming to get more insights about it, we identified a transcription factor RmiA ( R esistant to mi ltefosine) important for miltefosine resistance. Our results suggest that miltefosine plays antifungal activity against A. fumigatus interfering in the sphingolipids biosynthesis.

Summary: The central task of a genome browser is to enable easy visual exploration of large genomic data to gain biological insight. Most existing genome browsers were designed for data exploration by individual users, while a few allow some limited forms of collaboration among multiple users, such as file sharing and wiki-style collaborative editing of gene annotations. Our work's premise is that allowing sharing of genome browser views instantaneously in real-time enables the exchange of ideas and insight in a collaborative project, thus harnessing the wisdom of the crowd. PBrowse is a parallel-access real-time collaborative web-based genome browser that provides both an integrated, real-time collaborative platform and a comprehensive file sharing system. PBrowse also allows real-time track comment and has integrated group chat to facilitate interactive discussion among multiple users. Through the Distributed Annotation Server protocol, PBrowse can easily access a wide range of publicly available genomic data, such as the ENCODE data sets. We argue that PBrowse, with the re-designed user management, data management and novel collaborative layer based on Biodalliance, represents a paradigm shift from seeing genome browser merely as a tool of data visualisation to a tool that enables real-time human-human interaction and knowledge exchange in a collaborative setting. Availability: PBrowse is available at http://pbrowse.victorchang.edu.au, and its source code is available via the open source BSD 3 license at http://github.com/VCCRI/PBrowse. Supplementary Information: Supplementary video demonstrating collaborative feature of PBrowse is available in https://www.youtube.com/watch?v=ROvKXZoXiIc.