Metals are important cofactors in the metabolic processes of cyanobacteria, including photosynthesis, cellular respiration, DNA replication, and the biosynthesis of primary and secondary metabolites. In adaptation to the marine environment, cyanobacteria use metallophores to acquire trace metals when necessary as well as to reduce potential toxicity from excessive metal concentrations. Leptochelins A–C were identified as structurally novel metallophores from three geographically dispersed cyanobacteria of the genus Leptothoe. Determination of the complex structures of these metabolites presented numerous challenges, but they were ultimately solved using integrated data from NMR, mass spectrometry and deductions from the biosynthetic gene cluster. The leptochelins are comprised of halogenated linear NRPS-PKS hybrid products with multiple heterocycles that have potential for hexadentate and tetradentate coordination with metal ions. The genomes of the three leptochelin producers were sequenced, and retrobiosynthetic analysis revealed one candidate biosynthetic gene cluster (BGC) consistent with the structure of leptochelin. The putative BGC is highly homologous in all three Leptothoe strains, and all possess genetic signatures associated with metallophores. Postcolumn infusion of metals using an LC-MS metabolomics workflow performed with leptochelins A and B revealed promiscuous binding of iron, copper, cobalt, and zinc, with greatest preference for copper. Iron depletion and copper toxicity experiments support the hypothesis that leptochelin metallophores may play key ecological roles in iron acquisition and in copper detoxification. In addition, the leptochelins possess significant cytotoxicity against several cancer cell lines.

ABSTRACT Reptiles and amphibians (herptiles) represent some of the more endangered and threatened species on the planet and numerous conservation strategies are being implemented with the goal of ensuring species recovery. Little is known, however, about the wild gut microbiome of herptiles and how it relates to the health of wild populations. Here we report results from both a broad survey of hosts and a more intensive sampling of hosts and geography of fungi and bacteria associated with herptile gut microbiomes. We demonstrate that bacterial communities sampled from frogs, lizards and salamanders are structured by the host higher level taxonomy and that the fungus Basidiobolus is a common and natural component of these wild gut microbiomes. Intensive sampling of multiple hosts across the ecoregions of Tennessee revealed that geography and host:geography interactions are strong predictors of distinct Basidiobolus OTUs present within a given host. Co-occurrence analyses of Basidiobolus and bacterial community diversity supports a correlation and interaction between Basidiobolus and bacteria, suggesting that Basidiobolus may play a role in structuring the bacterial community. We further the hypothesis that this interaction is advanced by unique specialized metabolism originating from horizontal gene transfer from bacteria to Basidiobolus , and demonstrate that Basidiobolus is capable of producing a diversity of specialized metabolites including small cyclic peptides. IMPORTANCE This work significantly advances our understanding of interactions in herptile microbiomes; the role that fungi play as a structural and functional member of herptile gut microbiomes; and the chemical functions that structure host:microbiome phenotypes. We also provide an important observational system of how the gut microbiome represents a unique environment that selects for novel metabolic functions through horizontal gene transfer between fungi and bacteria. Such studies are needed to better understand the complexity of gut microbiomes in nature and will inform conservation strategies for threatened species of herpetofauna.

Abstract In filamentous fungi, asexual development involves morphological differentiation and metabolic changes leading to the formation of asexual spores. The process of asexual spore formation in Aspergillus is precisely regulated by multiple transcription factors (TFs), including VosA, VelB, and WetA, and these three TFs are key regulators of the formation and maturation of asexual spores (conidia) in Aspergillus including the model fungus Aspergillus nidulans . To gain a mechanistic insight on the complex regulatory roles of these TFs in asexual spores, we conducted genome-wide studies on the expression, protein-DNA interactions, and primary and secondary metabolism employing A. nidulans conidia. RNA sequencing and chromatin immunoprecipitation-sequencing data have revealed that the three TFs directly or indirectly regulate the expression of genes associated with spore-wall formation/integrity, asexual development, and secondary metabolism. In addition, metabolomics analyses of wild-type and mutant conidia indicate that these three TFs regulate a diverse array of primary and secondary metabolism. In summary, WetA, VosA, and VelB play inter-dependent and distinct roles governing morphological development and primary/secondary metabolic remodeling in Aspergillus conidia. Importance Filamentous fungi produce a vast number of asexual spores that act as reproductive and propagator cells. These spores affect humans, due to the infectious or allergenic nature of the propagule. Aspergillus species produce asexual spores called conidia and their formation involves morphological development and metabolic changes, and the associated regulatory systems are coordinated by spore-specific transcription factors. To understand the underlying global regulatory programs and cellular outcomes associated with conidia formation, functional genomic and metabolomic analyses were performed in the model fungus Aspergillus nidulans . Our results show that the fungus specific WetA/VosA/VelB transcription factors govern the coordination of morphological and chemical developments during sporogenesis. The results of this study provide insights into the genetic regulatory networks about how morphological developments and metabolic changes are coordinated in fungi. The findings are relevant for other Aspergillus species such as the major human pathogen Aspergillus fumigatus and the aflatoxin-producer Aspergillus flavus .

Inspired by bioactive biaryl-containing natural products found in plants and the marine environment, a series of synthetic compounds belonging to the azaBINOL chiral ligand family was evaluated for antiviral activity against HIV-1. Testing of 39 unique azaBINOLs in a single-round infectivity assay resulted in the identification of three promising antiviral compounds, including 7-isopropoxy-8-(naphth-1-yl)quinoline (azaBINOL B#24), which exhibited low-micromolar activity. The active compounds and several close structural analogues were further tested against three different HIV-1 envelope pseudotyped viruses as well as in a full-virus replication system (EASY-HIT). Mode-of-action studies using a time-of-addition assay indicated that azaBINOL B#24acts after viral entry but before viral assembly and budding. HIV-1 reverse transcriptase (RT) assays that individually test for polymerase and RNase H activity were used to demonstrate thatB#24 inhibits RNase H activity, most likely allosterically. Further binding analysis using bio-layer interferometry (BLI) showed that B#24 interacts with HIV-1 RT in a highly specific manner. These results indicate that azaBINOLB#24is a potentially viable, novel lead for the development of new HIV-1 RNase H inhibitors. Furthermore, this study demonstrates that the survey of libraries of synthetic compounds, designed purely with the goal of facilitating chemical synthesis in mind, may yield unexpected and selective drug leads for the development of new antiviral agents.