[저자] Jacob L. Steenwyk, Matthew E. Mead, Patrícia Alves de Castro, Clara Valero, André Damasio, Renato A. C. dos Santos, Abigail L. Labella, Yuanning Li, Sonja L. Knowles, Huzefa A. Raja, Nicholas H. Oberlies, Xiaofan Zhou, Oliver A. Cornely, Frieder Fuchs, Philipp Koehler, Gustavo H. Goldman, Antonis Rokas
ABSTRACT The ongoing global pandemic caused by the severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) is responsible for coronavirus disease 2019 (COVID-19), first described in Wuhan, China. A subset of COVID-19 patients has been reported to have acquired secondary infections by microbial pathogens, such as opportunistic fungal pathogens from the genus Aspergillus . To gain insight into COVID-19-associated pulmonary aspergillosis (CAPA), we analyzed the genomes and characterized the phenotypic profiles of four CAPA isolates of Aspergillus fumigatus obtained from patients treated in the area of North Rhine-Westphalia, Germany. By examining the mutational spectrum of single nucleotide polymorphisms, insertion-deletion polymorphisms, and copy number variants among 206 genes known to modulate A. fumigatus virulence, we found that CAPA isolate genomes do not exhibit significant differences from the genome of the Af293 reference strain. By examining a number of factors, including virulence in an invertebrate moth model, growth in the presence of osmotic, cell wall, and oxidative stressors, secondary metabolite biosynthesis, and the MIC of antifungal drugs, we found that CAPA isolates were generally, but not always, similar to A. fumigatus reference strains Af293 and CEA17. Notably, CAPA isolate D had more putative loss-of-function mutations in genes known to increase virulence when deleted. Moreover, CAPA isolate D was significantly more virulent than the other three CAPA isolates and the A. fumigatus reference strains Af293 and CEA17, but similarly virulent to two other clinical strains of A. fumigatus . These findings expand our understanding of the genomic and phenotypic characteristics of isolates that cause CAPA. IMPORTANCE The global pandemic caused by severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2), the etiological agent of coronavirus disease 2019 (COVID-19), has already killed millions of people. COVID-19 patient outcome can be further complicated by secondary infections, such as COVID-19-associated pulmonary aspergillosis (CAPA). CAPA is caused by Aspergillus fungal pathogens, but there is little information about the genomic and phenotypic characteristics of CAPA isolates. We conducted genome sequencing and extensive phenotyping of four CAPA isolates of Aspergillus fumigatus from Germany. We found that CAPA isolates were often, but not always, similar to other reference strains of A. fumigatus across 206 genetic determinants of infection-relevant phenotypes, including virulence. For example, CAPA isolate D was more virulent than other CAPA isolates and reference strains in an invertebrate model of fungal disease, but similarly virulent to two other clinical strains. These results expand our understanding of COVID-19-associated pulmonary aspergillosis.
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【저자키워드】 COVID-19, acute respiratory distress syndrome, Coinfection, Secondary infection, pathogenicity, virulence factors, superinfection, Aspergillus, aspergillosis, 【초록키워드】 coronavirus disease, SARS-CoV-2, Coronavirus disease 2019, coronavirus, Genome, drugs, outcome, severe acute respiratory syndrome Coronavirus, Polymorphisms, global pandemic, Genome sequencing, Characteristics, Germany, Wuhan, Factors, Pathogens, genomes, respiratory, information, virulence, Aspergillus, genomic, mutational spectrum, Strains, single nucleotide polymorphisms, secondary infections, metabolite, Aspergillus fumigatus, nucleotide, Copy number variants, strain, isolates, COVID-19 patient, microbial, copy number, genetic determinant, cell wall, loss-of-function mutation, reference strain, fungal disease, reference strains, pulmonary aspergillosis, Secondary Metabolite, stressors, Phenotypes, acute respiratory syndrome, significant difference, acute respiratory syndrome coronavirus, significant differences, acute respiratory syndrome coronavirus 2, profile, growth, North, genus, etiological agent, phenotypic, fungal pathogens, A. fumigatus, virulent, isolate, Cell, Wuhan, China, oxidative, responsible, described, analyzed, caused, significantly more, example, reported, conducted, characterized, modulate, deleted, subset, expand, fungal pathogen, copy number variant, had more, osmotic, patients treated, 【제목키워드】 pulmonary, isolate,
요약 중증급성호흡기증후군 코로나바이러스 2(SARS-CoV-2)로 인한 진행 중인 세계적 대유행은 중국 우한에서 처음 기술된 코로나바이러스 질병 2019(COVID-19)의 원인입니다. COVID-19 환자의 하위 집합은 Aspergillus 속의 기회주의적 진균 병원체와 같은 미생물 병원체에 의해 2차 감염을 획득한 것으로 보고되었습니다. COVID-19 관련 폐 아스페르길루스증(CAPA)에 대한 통찰력을 얻기 위해 우리는 독일 노르트라인베스트팔렌 지역에서 치료를 받은 환자로부터 얻은 아스페르길루스 푸미가투스의 4가지 CAPA 분리주의 게놈을 분석하고 표현형 프로파일을 특성화했습니다. A. fumigatus 독성을 조절하는 것으로 알려진 206개 유전자 중 단일 염기 다형성, 삽입-결실 다형성 및 복제 수 변이의 돌연변이 스펙트럼을 조사함으로써 우리는 CAPA 분리 게놈이 Af293 참조 균주의 게놈과 유의한 차이를 나타내지 않는다는 것을 발견했습니다. 무척추 동물 나방 모델의 독성, 삼투압, 세포벽 및 산화 스트레스 요인 존재 하에서의 성장, 이차 대사 산물 생합성 및 항진균제의 MIC를 포함한 여러 요인을 조사함으로써 우리는 CAPA 분리주가 일반적이지만 그렇지 않다는 것을 발견했습니다. 항상 A. fumigatus 참조 균주 Af293 및 CEA17과 유사합니다. 특히, CAPA 분리물 D는 삭제되었을 때 독성을 증가시키는 것으로 알려진 유전자에서 더 많은 추정 기능 상실 돌연변이를 가졌습니다. 더욱이, CAPA 분리주 D는 다른 3개의 CAPA 분리주 및 A. fumigatus 참조 균주 Af293 및 CEA17보다 훨씬 더 독성이 있었지만, A. fumigatus의 다른 2개 임상 균주에는 유사하게 독성이 있었습니다. 이러한 발견은 CAPA를 유발하는 분리주의 게놈 및 표현형 특성에 대한 이해를 확장합니다. 중요 2019년 코로나바이러스 질병(COVID-19)의 병인인 중증 급성 호흡기 증후군 코로나바이러스 2(SARS-CoV-2)로 인한 세계적 대유행은 이미 수백만 명의 목숨을 앗아갔습니다. COVID-19 환자 결과는 COVID-19 관련 폐 아스페르길루스증(CAPA)과 같은 2차 감염에 의해 더욱 복잡해질 수 있습니다. CAPA는 Aspergillus 곰팡이 병원체에 의해 발생하지만 CAPA 분리주의 게놈 및 표현형 특성에 대한 정보는 거의 없습니다. 우리는 독일에서 Aspergillus fumigatus의 4가지 CAPA 분리주에 대한 게놈 시퀀싱 및 광범위한 표현형 분석을 수행했습니다. 우리는 CAPA 분리주가 독성을 포함하여 감염 관련 표현형의 206가지 유전적 결정인자 전반에 걸쳐 A. fumigatus의 다른 참조 균주와 유사한 경우가 많았지만 항상 그런 것은 아님을 발견했습니다. 예를 들어, CAPA 분리주 D는 곰팡이 질병의 무척추 동물 모델에서 다른 CAPA 분리주 및 참조 균주보다 더 독성이 있었지만 두 개의 다른 임상 균주에 유사하게 독성이 있었습니다. 이러한 결과는 COVID-19 관련 폐 아스페르길루스증에 대한 이해를 확장합니다.