Comparative genomics to unravel virulence mechanisms in fungal human pathogens

Abstract

Las Candidas forman uno de los grupos con mayor n´umero de hongos pat´ogenos en humanos. La relaci ´on que tienen desde un punto de vista filogen´etico demuestra que la capacidad de infectar humanos ha surgido varias veces de forma independiente en este clado. El complejo de Candida parapsilosis es ideal para investigar la aparici´on de virulencia puesto que contiene tres especies cercanas que muestran diferentes grados de virulencia y de importancia: C. parapsilosis, C. orthopsilosis y C. metapsilosis. En esta tesis presento la secuenciaci´on y posterior an´alisis de quince cepas de origen cl´ınico y medioambiental que forman parte de este clado. Cabe remarcar que los genomas de C. orthopsilosis tipo 1 y de C. metapsilosis no se hab´ıan secuenciado previamente. Nuestros resultados muestran evidencia gen´omica de la existencia de recombinaci´on, apareamiento e hibridaci´on en este clado, que previamente se habia considerado asexual. Proponemos que las cepas cl´ınicas emergieron de forma independiente en linajes de cepas encontradas en el medioambiente y una posible relaci ´on entre la hibridaci´on y la adquisici´on de caracter´ısticas relevantes para la virulencia. Finalmente, para estudiar la aparici´on de virulencia en este clado, hemos comparado, por primera vez, los genomas de las tres especies que se encuentran dentro del complejo de Candida parapsilosis. Hemos encontrado expansiones de familias g´enicas previamente implicadas en virulencia, como es el caso de las adhesinas, transportadores de membrana y enzimas extracelulares. Tambi´en hemos observado expansiones de familias de genes que hasta el momento no han estado relacionadas con virulencia. En resumen, nuestros resultados aportan una base para poder elaborar numerosas hip´ otesis sobre la aparici´on de virulencia en las especies de Candida y para que estas hip´ otesis puedan ser comprobadas posteriormente en el laboratorio.

Candida species constitute one of the most prevalent groups of fungal pathogens. From their phylogenetic relationships it is clear that virulence to humans has emerged in this clade several, independent times. The Candida parapsilosis complex is particularly suitable to investigate the emergence of virulence, with three closely-related species of varying degree of pathogenicity and of growing relevance: C. parapsilosis, C. orthopsilosis and C. metapsilosis. In this thesis I present the genome sequencing and analysis of fifteen strains from this clade, sampled from clinical and environmental sources. Notably, genomes of C. orthopsilosis Type 1 and C. metapsilosis were sequenced for the first time. Our results show for the first time the genomic evidence for the existence of recombination, mating and hybridization in this clade, previously considered asexual. We propose the independent emergence of clinical isolates from environmental lineages and a possible role of hybridization in the acquisition of relevant traits for pathogenesis. Finally, in order to gain insight into the emergence of virulence in this clade, we have compared the genomes of all three species of C. parapsilosis complex. We have found expansions in gene families known to be involved in virulence, like adhesins, membrane transporters and extracellular enzymes, as well as expansions in gene families not implicated in virulence so far. Altogether, our findings provide the grounds for numerous hypotheses about the emergence of virulence in Candida spp. and for their future experimental testing. 1