Charakterystyka Penicillium chrysogenum, taksonomia, morfologia, siedlisko



Penicillium chrysogenum Jest to gatunek grzyba, który jest najczęściej stosowany w produkcji penicyliny. Gatunek znajduje się w rodzaju Penicillium z rodziny Aspergilliaceae Ascomycota.

Charakteryzuje się tym, że jest grzybem nitkowatym, z oddzielnymi strzępkami. Kiedy rosną w laboratorium, ich kolonie szybko rosną. Mają aksamitny, bawełniany wygląd i niebieskawo-zielone zabarwienie.

Indeks

  • 1 Ogólna charakterystyka
  • 2 Filogeneza i taksonomia
    • 2.1 Synonimia
    • 2.2 Aktualny obwód
  • 3 Morfologia
  • 4 Siedlisko
  • 5 Powielanie
    • 5.1 Rozmnażanie bezpłciowe
    • 5.2 Rozmnażanie płciowe
  • 6 Pożywki hodowlane
  • 7 Penicylina
  • 8 Odniesienia

Ogólna charakterystyka

P. chrysogenum Jest gatunkiem saprofitycznym. Jest w stanie rozkładać materię organiczną, tworząc proste związki węgla, które wykorzystuje w żywności.

Gatunek jest wszechobecny (można go znaleźć wszędzie) i często można go znaleźć w zamkniętych przestrzeniach, glebie lub związanych z roślinami. Rośnie także na chlebie, a jego zarodniki są powszechne w kurzu.

Zarodniki P. chrysogenum mogą generować alergie oddechowe i reakcje skórne. Może również wytwarzać różne rodzaje toksyn, które wpływają na ludzi.

Produkcja penicyliny

Najbardziej znanym zastosowaniem tego gatunku jest produkcja penicyliny. Antybiotyk ten został po raz pierwszy odkryty przez Alexandra Fleminga w 1928 r., Chociaż zidentyfikował go w zasadzie jako P. rubrum.

Chociaż istnieją inne gatunki Penicillium zdolny do produkcji penicyliny, P. chrysogenum To jest najbardziej powszechne. Jego preferowane zastosowanie w przemyśle farmaceutycznym wynika z jego wysokiej produkcji antybiotyku.

Reprodukcja

Rozmnażają się bezpłciowo przez konidia (zarodniki bezpłciowe) występujące w konidioforach. Są wyprostowane i cienkościenne, z kilkoma fialidami (komórki wytwarzające konidia).

Rozmnażanie płciowe zachodzi poprzez askospory (zarodniki płciowe). Są one produkowane w grubych ascos (owocniki).

Askospory (zarodniki płciowe) wytwarzane są w ascos (owocnikach). Są one cleistothecium (zaokrąglone) i mają sklerotyczne ściany.

Produkcja metabolitów wtórnych

Metabolity wtórne są związkami organicznymi wytwarzanymi przez żywe organizmy, które nie wpływają bezpośrednio na ich metabolizm. W przypadku grzybów związki te pomagają w ich identyfikacji. 

P. chrysogenum charakteryzuje się produkcją roquefortiny C, meleagriny i penicyliny. Ta kombinacja związków ułatwia ich identyfikację w laboratorium. Ponadto grzyb wytwarza inne barwne metabolity wtórne. Ksantoksyny są przyczyną żółtego koloru typowego wysięku gatunku.

Z drugiej strony może wytwarzać aflatoksyny, które są mikotoksynami szkodliwymi dla ludzi. Toksyny te atakują układ wątroby i mogą prowadzić do marskości i raka wątroby. Zarodniki grzyba zanieczyszczają różne pokarmy, które po spożyciu mogą powodować tę patologię.

Odżywianie

Gatunek jest saprofityczny. Ma zdolność wytwarzania enzymów trawiennych uwalnianych w materii organicznej. Enzymy te rozkładają substrat, rozkładając złożone związki węgla.

Następnie uwalniane są najprostsze związki i mogą być pochłaniane przez strzępki. Składniki odżywcze, które nie są spożywane, gromadzą się w postaci glikogenu.

Filogeneza i taksonomia

P. chrysogenum został po raz pierwszy opisany przez Charlesa Thoma w 1910 roku. Gatunek ma synonimię (różne nazwy tego samego gatunku)..

Synonimia

Fleming w 1929 r. Zidentyfikował gatunki wytwarzające penicylinę jako P. rubrum, z powodu obecności czerwonej kolonii. Następnie gatunek został przydzielony pod nazwą P. notatum.

W 1949 r. Mykolodzy Raper i Thom wskazali na to P. notatum jest synonimem P. chrysogenum. W 1975 r. Dokonano przeglądu grupy pokrewnych gatunków P. chrysogenum i zaproponowano czternaście synonimów dla tej nazwy.

Duża liczba synonimów dla tego gatunku jest związana z trudnością ustanowienia znaków diagnostycznych. Uznano, że zmiany w pożywce wpływają na niektóre cechy. Doprowadziło to do błędnej identyfikacji taksonu.

Warto zauważyć, że dla zasady priorytetu (opublikowano imię) nazwa najstarszego taksonu jest P. griseoroseum, opublikowane w 1901 r. Niemniej jednak, P. chrysogenum pozostaje zachowana jako nazwa dla szerokiego zastosowania.

Obecnie najdokładniejszymi znakami do identyfikacji gatunku jest produkcja metabolitów wtórnych. Obecność roquefortiny C, penicyliny i meleagriny gwarantuje prawidłową identyfikację.

Obecny okręg

P. chrysogenum jest ograniczony do sekcji Chrysogena rodzaju Penicillium. Ten rodzaj znajduje się w rodzinie Aspergilliaceae z rzędu Eurotiales de los Ascomycota.

Sekcja Chrysogena charakteryzuje się obecnością terverticilados i konidioforów z czterema verticilados. Fiolki są małe, a kolonie na ogół aksamitne. Gatunki z tej grupy tolerują zasolenie i prawie wszystkie wytwarzają penicylinę.

Zgłoszono 13 gatunków dla tego odcinka P. chrysogenum rodzaj gatunku. Ta sekcja jest grupą monofilną i jest bratem sekcji Roquefortorum.

Morfologia

Ten grzyb prezentuje nitkowatą grzybnię. Strzępki są przegrodowe, co jest charakterystyczne dla Ascomycota.

Konidiofory są terverticilados (z obfitymi konsekwencjami). Są to cienkie i gładkie ściany o wymiarach 250-500 μm.

Metully (gałęzie konidioforu) mają gładkie ściany, a fialidy są ampuliformalne (w kształcie butelki) i często mają grube ściany.

Konidia są subglobozowe do eliptycznych, o średnicy 2,5 - 3,5 μm i gładkich ścianach obserwowanych za pomocą mikroskopu optycznego. W skaningowym mikroskopie elektronowym ściany są tuberculated.

Siedlisko

P. chrysogenum Jest kosmopolityczny. Gatunek ten występuje w wodach morskich, a także w glebach naturalnych lasów w strefach umiarkowanych lub tropikalnych.

Jest to gatunek mezofilny, który może rosnąć między 5 a 37 ° C, a jego optimum wynosi 23 ° C. Ponadto jest kserofilny, więc może rozwijać się w suchym środowisku. Z drugiej strony toleruje zasolenie.

Ze względu na zdolność do wzrostu w różnych warunkach środowiskowych, często znajduje się w przestrzeniach wewnętrznych. Znajduje się między innymi w systemach klimatyzacji, lodówkach i toaletach.

Jest częstym grzybem jako patogen drzew owocowych, takich jak brzoskwinie, figi, owoce cytrusowe i guawy. Ponadto może zanieczyścić zboża i mięso. Rośnie także na przetworzonej żywności, takiej jak pieczywo i krakersy.

Reprodukcja

W P. chrysogenum dominuje rozmnażanie bezpłciowe. W ciągu ponad 100 lat badań nad grzybem do 2013 r. Rozmnażanie płciowe u tego gatunku nie zostało udowodnione.

Rozmnażanie bezpłciowe

Dzieje się tak dzięki produkcji konidiów w konidioforach. Tworzenie się konidiów jest związane z różnicowaniem wyspecjalizowanych komórek rozrodczych (fialid).

Produkcja konidiów rozpoczyna się, gdy wegetatywna strzępka zatrzymuje swój wzrost i tworzy się przegroda. Następnie obszar ten pęcznieje i tworzy się szereg gałęzi. Górna komórka rozgałęzień różni się fialidą, która zaczyna się dzielić przez mitozę, dając początek konidiom.

Konidia są głównie rozproszone przez wiatr. Kiedy konidiospory docierają do sprzyjającego środowiska, kiełkują i powodują powstanie wegetatywnego ciała grzyba.

Rozmnażanie płciowe

Badanie fazy seksualnej P. chrysogenum Nie było to łatwe, ponieważ pożywki hodowlane stosowane w laboratorium nie sprzyjają rozwojowi struktur seksualnych.

W 2013 r. Niemieckiemu mikologowi Julii Böhm i współpracownikom udało się stymulować rozmnażanie płciowe u tego gatunku. W tym celu umieścili dwa różne wyścigi na agarze połączone z płatkami owsianymi. Kapsułki poddawano ciemności w temperaturze od 15 ° C do 27 ° C.

Po czasie inkubacji od pięciu tygodni do trzech miesięcy zaobserwowano tworzenie się cleistoceci (zamknięte zaokrąglone ascos). Struktury te powstały w strefie kontaktu między dwoma rasami.

Ten eksperyment pokazał, że w P. chrysogenum rozmnażanie płciowe jest heterotyczne. Konieczne jest wytworzenie ascogonium (struktury żeńskiej) i anteridium (struktura męska) dwóch różnych ras.

Po utworzeniu asogonium i antheridium, cytoplazmy (plazmogamia), a następnie fuzja jąder (cariogamy). Ta komórka wchodzi w mejozę i powoduje powstawanie askospor (zarodników płciowych).

Pożywki hodowlane

Kolonie w pożywkach hodowlanych rosną bardzo szybko. Są aksamitne w wyglądzie bawełnianym, z białymi grzybami na brzegach. Kolonie są niebieskawo zielone i wytwarzają bogaty, jasnożółty wysięk. 

Owocowe aromaty są obecne w koloniach, podobnie jak ananas. Jednak w niektórych rasach zapach nie jest bardzo wyraźny.

Penicylina

Penicylina to pierwszy antybiotyk stosowany z powodzeniem w medycynie. Zostało to odkryte przypadkiem przez szwedzkiego mikologa Alexandra Fleminga w 1928 roku.

Badacz prowadził eksperyment z bakteriami z rodzaju Staphylococcus a pożywka hodowlana była zanieczyszczona grzybem. Fleming zauważył, że w miejscu, gdzie rozwijał się grzyb, bakterie nie rosły.

Penicyliny są antybiotykami beta-laktamowymi, a te pochodzenia naturalnego są podzielone na kilka typów w zależności od ich składu chemicznego. Działają one głównie na bakterie Gram-dodatnie atakujące ścianę komórkową złożoną głównie z peptydoglikanu.

Istnieje kilka gatunków Penicillium zdolny do produkcji penicyliny, ale P. chrysogenum To ta o najwyższej wydajności. Pierwsza komercyjna penicylina została wyprodukowana w 1941 r. I już w 1943 r. Mogła być produkowana na dużą skalę.

Naturalne penicyliny nie są skuteczne przeciwko niektórym bakteriom wytwarzającym enzym penicylinowy. Enzym ten ma zdolność niszczenia struktury chemicznej penicyliny i nieaktywnych.

Jednak możliwe było wyprodukowanie półsyntetycznych penicylin poprzez zmianę składu bulionu, w którym Penicillium. Mają tę zaletę, że są odporne na penicylinę, a zatem bardziej skuteczne przeciwko niektórym patogenom.

Referencje

  1. Böhm J, B Hoff, C O'Gorman, S Wolfer, V Klix, D Binger, I Zadra, H Kürnsteiner, S Pöggoler, P Dyer i U Kück (2013) Rozmnażanie płciowe i rozwój szczepu za pośrednictwem parowania w penicylinie wytwarzający grzyby Penicillium chrysogenum. PNAS 110: 1476-1481.
  2. Houbraken i RA Samson (2011) Filogeneza z Penicillium oraz segregacja Trichocomaceae na trzy rodziny. Badania w mikologii 70: 1-51.
  3. Henk DA, CE Eagle, K Brown, MA Van den Berg, PS Dyer, SW Peterson i MC Fisher (2011) Specjacja pomimo globalnie nakładających się dystrybucji w Penicillium chrysogenum: genetyka populacji szczęśliwego grzyba Aleksandra Fleminga. Molecular Ecology 20: 4288-4301.
  4. Kozakiewicz Z, JC Frisvad, DL Hawksworth, JI Pitt, RA Samson, AC Stolk (1992) Propozycje nomina specifica conservanda i rejicienda in Aspergillus i Penicillium (Grzyby). Taxon 41: 109-113.
  5. Ledermann W (2006) Historia penicyliny i jej produkcja w Chile. Ks. Chil. Infekować. 23: 172-176.
  6. Roncal, T i U Ugalde (2003) Indukcja konidiacji w Penicillium. Badania w mikrobiologii. 154: 539-546.