Aspergillus fumigatus is the most common cause of invasive mold disease in humans. The mechanisms underlying the adherence of this mold to host cells and macromolecules have remained elusive. Using mutants with different adhesive properties and comparative transcriptomics, we discovered that the gene uge3, encoding a fungal epimerase, is required for adherence through mediating the synthesis of galactosaminogalactan. Galactosaminogalactan functions as the dominant adhesin of A. fumigatus and mediates adherence to plastic, fibronectin, and epithelial cells. In addition, galactosaminogalactan suppresses host inflammatory responses in vitro and in vivo, in part through masking cell wall β-glucans from recognition by dectin-1. Finally, galactosaminogalactan is essential for full virulence in two murine models of invasive aspergillosis. Collectively these data establish a role for galactosaminogalactan as a pivotal bifunctional virulence factor in the pathogenesis of invasive aspergillosis.

Cell-substrate adherence is a fundamental property of microorganisms that enables them to exist in biofilms. Our study focuses on adherence of the fungal pathogen Candida albicans to one substrate, silicone, that is relevant to device-associated infection. We conducted a mutant screen with a quantitative flow-cell assay to identify thirty transcription factors that are required for adherence. We then combined nanoString gene expression profiling with functional analysis to elucidate relationships among these transcription factors, with two major goals: to extend our understanding of transcription factors previously known to govern adherence or biofilm formation, and to gain insight into the many transcription factors we identified that were relatively uncharacterized, particularly in the context of adherence or cell surface biogenesis. With regard to the first goal, we have discovered a role for biofilm regulator Bcr1 in adherence, and found that biofilm regulator Ace2 is a major functional target of chromatin remodeling factor Snf5. In addition, Bcr1 and Ace2 share several target genes, pointing to a new connection between them. With regard to the second goal, our findings reveal existence of a large regulatory network that connects eleven adherence regulators, the zinc-response regulator Zap1, and approximately one quarter of the predicted cell surface protein genes in this organism. This limited yet sensitive glimpse of mutant gene expression changes had thus defined one of the broadest cell surface regulatory networks in C. albicans.

Streptococcus pneumoniae (pneumococcus) is an opportunistic pathogen that causes otitis media, sinusitis, pneumonia, meningitis and sepsis. The progression to this pathogenic lifestyle is preceded by asymptomatic colonization of the nasopharynx. This colonization is associated with biofilm formation; the competence pathway influences the structure and stability of biofilms. However, the molecules that link the competence pathway is linked to biofilm formation are unknown. Here, we describe a new competence-induced gene, called briC, and demonstrate that its product promotes biofilm development and stimulates colonization in a murine model. We show that expression of briC is induced by the master regulator of competence, ComE. Whereas briC does not substantially influence early biofilm development on abiotic surfaces, it significantly impacts later stages of biofilm development. Specifically, briC expression leads to increases in biofilm biomass and thickness at 72h. Consistent with the role of biofilms in colonization, briC promotes nasopharyngeal colonization in the murine model. The function of BriC appears to be conserved across pneumococci, as comparative genomics reveal that briC is widespread across isolates. Surprisingly, many isolates, including strains from clinically important PMEN1 and PMEN14 lineages, which are widely associated with colonization, encode a longer briC promoter. This long form captures an instance of genomic plasticity and functions as a competence-independent expression enhancer that may serve as a precocious point of entry into this otherwise competence-regulated pathway. Moreover, overexpression of briC by the longer promoter fully rescues the comE-deletion induced biofilm defect in vitro, and partially in vivo. These findings indicate that BriC may bypass the influence of competence in biofilm development and that such a pathway may be active in a subset of pneumococcal lineages. In conclusion, BriC is a part of the complex molecular network that connects signaling of the competence pathway to biofilm development and colonization.

Abstract To gain a better understanding of the transcriptional response of Aspergillus fumigatus during invasive pulmonary infection, we used a NanoString nCounter to assess the transcript levels of 467 A. fumigatus genes during growth in the lungs of immunosuppressed mice. These genes included ones known to respond to diverse environmental conditions and those encoding most transcription factors in the A. fumigatus genome. We found that invasive growth in vivo induces a unique transcriptional profile as the organism responds to nutrient limitation and attack by host phagocytes. This in vivo transcriptional response is largely mimicked by in vitro growth in Aspergillus minimal medium that is deficient in nitrogen, iron, and/or zinc. From the transcriptional profiling data, we selected 9 transcription factor genes that were either highly expressed or strongly up-regulated during in vivo growth. Deletion mutants were constructed for each of these genes and assessed for virulence in mice. Two transcription factor genes were found to be required for maximal virulence. One was rlmA, which governs the ability of the organism to proliferate in the lung. The other was ace1 , which regulates of the expression of multiple secondary metabolite gene clusters and mycotoxin genes independently of laeA . Using deletion and overexpression mutants, we determined that the attenuated virulence of the Δ ace1 mutant is due to decreased expression aspf1, which specifies a ribotoxin, but is not mediated by reduced expression of the fumigaclavine gene cluster or the fumagillin-pseruotin supercluster. Thus, in vivo transcriptional profiling focused on transcription factors genes provides a facile approach to identifying novel virulence regulators. Author summary Although A. fumigatus causes the majority of cases of invasive aspergillosis, the function of most of the genes in its genome remains unknown. To identify genes encoding transcription factors that may be important for virulence, we used a NanoString nCounter to measure the mRNA levels of A. fumigatus transcription factor genes in the lungs of mice with invasive aspergillosis. The transcriptional profiling data indicate that the organism is exposed to nutrient limitation and stress during growth in the lungs, and that it responds by up-regulating genes that encode mycotoxins and secondary metabolites. In vitro, this response was most closely mimicked by growth in medium that was deficient in nitrogen, iron and/or zinc. Using the transcriptional profiling data, we identified two transcription factors that govern A. fumigatus virulence. These were RlmA, which is governs proliferation in the lung and Ace1, which controls the production of mycotoxins and secondary metabolites.

Xanthomonas citri subsp. citri (Xcc) is a Gram-negative bacterium responsible for citrus canker, a significant threat to citrus crops. ClpV is a critical protein in the type VI secretion system (T6SS) as an ATPase involved in bacterial motility, adhesion, and pathogenesis to the host for some pathogenic bacteria. In order to investigate the function of clpV gene in Xcc, the clpV-deletion strain ΔclpV was constructed, its biological properties were evaluated, and the differences in gene expression levels between the wild-type strain and ΔclpV were analyzed by transcriptomics. The results exhibited significantly reduced biofilm formation, extracellular polysaccharide synthesis, and swarming motility in ΔclpV compared to the wild-type strain. Although the clpV-deletion did not significantly affect bacterial growth or pathogenicity in terms of disease symptoms on citrus leaves, the mutant showed increased sensitivity to environmental stresses (NaCl, SDS, and H2O2) and antibiotics (β-lactams and aminoglycosides). Transcriptome analysis revealed that clpV-deletion altered the expression of motility-related genes and the efflux pump gene mexH. Our findings underscore the importance of ClpV in maintaining biofilm integrity and suggest a multifaceted role in adaptive strategies of Xcc, positioning ClpV as a potential target for mitigating citrus canker disease.