Inhibition of conidiophore development in Aspergillus fumigatus by an Escherichia coli DH5α strain, a promising antifungal candidate against aspergillosis

SummaryThe opportunistic human pathogen Aspergillus fumigatus produces a massive number of asexual spores (conidia) as the primary means of dispersal, survival, genome protection and infection of hosts. In this report, we investigated secretory and cytosolic proteins of non-pathogenic bacterial species (mostly belonging to human microbiome) for antifungal potential against A. fumigatus, A. flavus and A. niger. Our preliminary results revealed that cytosolic proteins of E. coli DH5α were most active and the less toxic against various pathogenic isolates of A. fumigatus (the major pathogenic species), depicting a minimum inhibitory concentration (MIC) of 62.50 μg/mL, 62.50 μg/mL and 12.50 μg/disc using microbroth dilution assay (MDA), percentage spore germination inhibition assay (PSGI) and disc diffusion assay (DDA), respectively. E. coli protein was non-toxic against human erythrocytes at doses up to 1000 μg/mL as compared to standard drug, amphotericin B which lysed 100% of erythrocytes at a concentration of 37.50 μg/mL. Time kill analysis proved it to be fungicidal in a concentration and time-dependent manner. Scanning electron microscopic studies (SEM) were carried out to prevail what kind of damage it causes to A. fumigatus. SEM results reported that conidiophore (structures forming conidia) development was halted as a major consequence, reducing the number of conidiophores to insignificant values as well as alteration in their morphological attributes. This feature may contribute to the development of new prevention strategies against Aspergillus infections. Hyphal atrophy was also observed, evidenced by shrinking and flattening of hyphal walls and reduced, abrupt hyphal branching. Such actions may effectively reduce the invasive ability of Aspergillus as well as it can sterilize the fungal burden by obstructing the conidiation pathway of A. fumigatus. Hence, E. coli DH5α, being a commensal species, can lead to the development of antifungal molecule with novel targets in fungal metabolism, which will help in combating the antifungal resistance and toxicity associated with current therapy.

RésuméLe champignon opportuniste, Aspergillus fumigatus, pathogène pour l’homme produit un nombre considérable de spores asexuées (conidies) principal moyen de dispersion, de survie, de protection du génome et d’infection de l’hôte. Dans ce rapport, nous avons étudié les protéines secrétées et cytosoliques d’espèces bactériennes non-pathogènes (appartenant pour la plupart au microbiome humain) pour leur potentiel antifongique contre A. fumigatus, A. flavus et A. niger. Nos résultats préliminaires ont montré que les protéines cytosoliques de E. coli DH5α étaient les plus actives et les moins toxiques contres divers isolats pathogènes d’A. fumigatus (la principale espèce pathogène) avec une concentration minimale inhibitrice (CMI), respectivement de 62,50 μg/mL, 62,50 μg/mL and 12,50 μg/disc dans le test de microdilution en milieu liquide, dans le test de pourcentage d’inhibition de germination des spores et dans le test de diffusion par la méthode des disques. La protéine d’E. coli n’était pas toxique vis-à-vis des érythrocytes humains à des concentrations jusqu’à 1000 μg/mL, comparativement à l’amphotéricin B qui lysait 100 % des érythrocytes à une concentration de 37,50 μg/mL. La courbe de survie en fonction du temps a montré une fongicidie concentration et temps dépendante. Les études en microscopie électronique ont été faites pour préciser le type de lésions occasionnées sur A. fumigatus. Elles ont montré que le développement des conidiophores (structure produisant les conidies) était inhibé, réduisant le nombre des conidiophores jusqu’à une quantité insignifiante et altérant leurs caractéristiques morphologiques. Ces faits peuvent contribuer au développement de nouvelles stratégies de prévention contre les infections aspergillaires. Une atrophie des filaments a également été observée, traduite par un rétrécissement et un aplatissement de la paroi des hyphes et une diminution de la ramification. De telles actions peuvent réduire de façon efficace la capacité invasive d’Aspergillus et stériliser la masse fongique en bloquant la voie de synthèse des conidies d’A. fumigatus. Ainsi, E. coli DH5α, une espèce commensale, peut mener au développement d’une molécule antifongique avec de nouvelles cibles au niveau du métabolisme fongique qui aidera à lutter contre la résistance antifongique et contre la toxicité due aux traitements actuels.