Virulence aspects of Fonsecaea species associated to disseminated infection based on the comparative genomic analysis and in vivo assays

Abstract

Resumo: Fungos melanizados são caracterizados por pigmentação escura na parede celular. Estima-se que mais de cem espécies de fungos pretos possam causar doenças, que podem ocorrer por via de inoculação traumática desses agentes nos tecidos. Este grupo de fungos são membros da ordem Chaetothyriales e são relatados como agentes de cromoblastomicose e feo-hifomicose. A cromoblastomicose é descrita como uma infecção subcutânea que apresenta lenta evolução de lesões verrucosas nos tecidos, que formam células septadas nos tecidos, denominadas células muriformes. Enquanto, a feo-hifomicose é definida pela presença de hifas nos tecidos de vários órgãos, como fígado, coração, rim, cérebro e outros. Mas o neurotropismo ocorre com frequência notável por esse grupo de fungos, possivelmente devido à capacidade de algumas espécies de metabolizar hidrocarbonetos aromáticos. As leveduras negras Fonsecaea monophora e Fonsecaea pugnacius compartilharam o mesmo perfil de patogenicidade, sendo relatadas como agente de cromoblastomicose e agente causador de infecção cerebral primária em humanos. Este trabalho teve como objetivo gerar dados de seqüenciamento de genoma e analisar comparativamente os genomas das espécies de F. monophora e F. pugnacius para entender os mecanismos de biologia e virulência desses agentes. Foi realizada uma análise genômica comparativa das linhagens de irmãos: F. monophora e F. pugnacius, incluindo a montagem do genoma de F. pugnacius. O tamanho dos genomas são 34,21 e 34,8 Mb respectivamente, e o core do genoma dessas espécies compreende quase 70% dos genes. A similaridade do repertório de enzimas associada à ocorrência de fatores de virulência sugeriu uma tolerância geral a condições extremas, o que pode explicar a tendência oportunista dessa espécie como as demais espécies do gênero Fonsecaea. A virulência foi testada nos modelos: Tenebrio molitor e Balb/C para apoiar essa hipótese. A capacidade de sobrevivência de ambos os fungos no interior do Tenebrio molitor foi confirmada por análise histopatológica e pela presença de melanina no tecido hospedeiro. Embora F. pugnacius tenha sido isolado do cérebro de BALB/C após infecção intraperitoneal, os níveis de citocinas não foram estatisticamente significativos, corroborando com a hipótese de ser agente oportunista. Uma dupla capacidade ecológica pode ser concluída a partir da presença de vias metabólicas para eliminação de nutrientes e extremotolerância, combinadas com a capacidade de infectar hospedeiros humanos.

Abstract: Black yeasts-like are fungi characterized by dark pigmentation in the cell wall. It has been estimated that more than a hundred species of black fungi can cause disease, which can occur in the injured tissues by fungi. This group of fungi are members of Chaetothyriales order and are related like as agents of chromoblastomycosis and phaeohyphomycosis. Chromoblastomycosis is characterized as a subcutaneous infection present slow evolution of verrucous lesions in the tissues, which form septate cells in the tissues, called muriforms cells. While, phaeohyphomycosis is defined by the presence of hyphae in the tissues of several organs such as liver, heart, kidney, brain and others. But the neurotropism occurs with remarkable frequency in the fungal group, possibly due to the ability of some species to metabolize aromatic hydrocarbons. The black yeasts Fonsecaea monophora and Fonsecaea pugnacius shared the same pathogenicity profile, being reported as a chromoblastomycosis agent and causal agent of primary brain infection in humans. This work aimed generate genome sequencing data and comparative analyze the genomes of F. monophora and F. pugnacius species to understand the biology and virulence mechanisms these agents. A comparative genomic analysis of sibling strains: F. monophora and F. pugnacius was undertaken, including the genome assembly of F. pugnacius. The genome size of strains are 34,21 and 34,8 Mb and the core genomes of those species comprises almost 70% of the genes. The similarity of enzymes repertory associated with the occurrence of virulence factors suggested a general tolerance to extreme conditions, which might explain the opportunistic tendency of this species like the others Fonsecaea sibling species. Virulence was tested in the Tenebrio molitor model and Balb/C were performed in order to supportthis hypothesis. The capacity of both fungi to survive inside Tenebrio molitor was confirmed by histopathological analysis and by presence of melanin in host tissue. Although F. pugnacius was isolated from brain in a murine model following intraperitoneal infection, cytokine levels were not statistically significant, indicating a profile of an opportunistic agent. A dual ecological ability can be concluded from presence of metabolic pathways for nutrient scavenging and extremotolerance, combined with a capacity to infect human hosts.