PENICILLIUM CHRYSOGENUM: ХАРАКТЕРИСТИКА, МОРФОЛОГИЯ, СРЕДА ОБИТАНИЯ - БИОЛОГИЯ - 2025

Penicillium chrysogenum - это вид грибка, который наиболее часто используется для производства пенициллина. Этот вид принадлежит к роду Penicillium семейства Aspergilliaceae Ascomycota.

Для него характерно то, что он представляет собой мицелиальный гриб с перегородчатыми гифами. Когда он выращивается в лаборатории, его колонии быстро растут. Они от бархатистого до пушистого на вид и сине-зеленого цвета.

Penicillium chrysogenum, син. Penicillium notatum. Автор Crulina 98, из Wikimedia Commons

Общие характеристики

P. chrysogenum - сапрофитный вид. Он способен разрушать органические вещества с образованием простых углеродных соединений, которые используются в своем рационе.

Этот вид распространен повсеместно (его можно найти где угодно), и его часто можно найти в закрытых пространствах, на земле или рядом с растениями. Он также растет на хлебе, и его споры часто встречаются в пыли.

Споры P. chrysogenum могут вызывать респираторные аллергии и кожные реакции. Он также может производить различные типы токсинов, влияющих на человека.

Производство пенициллина

Наиболее известное использование этого вида - производство пенициллина. Этот антибиотик был впервые открыт Александром Флемингом в 1928 году, хотя первоначально он идентифицировал его как P. rubrum.

Хотя существуют и другие виды Penicillium, способные продуцировать пенициллин, P. chrysogenum является наиболее распространенным. Его преимущественное использование в фармацевтической промышленности связано с высоким уровнем производства антибиотика.

репродукция

Они размножаются бесполым путем с помощью конидий (бесполых спор), которые образуются в конидиеносцах. Они прямостоячие и тонкостенные, с небольшим количеством фиалидов (клеток, продуцирующих конидии).

Половое размножение происходит через аскоспоры (половые споры). Они встречаются в толстостенных асках (плодовых телах).

Аскоспоры (половые споры) образуются в асках (плодовых телах). Они относятся к типу клейстотеция (округлые) и имеют склеротические стенки.

Производство вторичных метаболитов

Вторичные метаболиты - это органические соединения, вырабатываемые живыми существами, которые не вмешиваются напрямую в их метаболизм. В случае грибов эти соединения помогают их идентифицировать.

P. chrysogenum вырабатывает рокфортин С, мелеагрин и пенициллин. Эта комбинация соединений облегчает их идентификацию в лаборатории. Кроме того, грибок производит другие окрашенные вторичные метаболиты. Ксантоксилины ответственны за желтый цвет экссудата, типичный для этого вида.

С другой стороны, он может производить афлатоксины, которые являются микотоксинами, вредными для человека. Эти токсины атакуют систему печени и могут привести к циррозу и раку печени. Споры грибка заражают различные продукты, которые при попадании в организм могут вызвать данную патологию.

питание

Вид сапрофитный. Он обладает способностью вырабатывать пищеварительные ферменты, выделяемые органическими веществами. Эти ферменты разрушают субстрат, разрушая сложные углеродные соединения.

Позже высвобождаются более простые соединения, которые могут поглощаться гифами. Нутриенты, которые не потребляются, накапливаются в виде гликогена.

Филогения и таксономия

P. chrysogenum был впервые описан Чарльзом Томом в 1910 году. Этот вид имеет обширную синонимию (разные названия одного и того же вида).

синонимия

Флеминг в 1929 году идентифицировал виды, продуцирующие пенициллин, как P. rubrum из-за наличия красной колонии. Позже вид получил название P. notatum.

В 1949 году микологи Рапер и Том указали, что P. notatum является синонимом P. chrysogenum. В 1975 г. была проведена ревизия группы видов, родственных P. chrysogenum, и было предложено четырнадцать синонимов для этого названия.

Большое количество синонимов этого вида связано со сложностью установления диагностических признаков. Было принято во внимание, что вариации питательной среды влияют на некоторые характеристики. Это привело к неправильной идентификации таксона.

Интересно отметить, что по принципу приоритета (первое опубликованное название) название самого старого таксона - P. griseoroseum, опубликованное в 1901. Однако название P. chrysogenum остается законсервированным из-за его широкого использования.

В настоящее время наиболее точной характеристикой для определения вида является продукция вторичных метаболитов. Наличие рокфортина С, пенициллина и мелеагрина гарантирует правильную идентификацию.

Текущий округ

P. chrysogenum относится к секции Chrysogena рода Penicillium. Этот род находится в семействе Aspergilliaceae отряда Eurotiales Ascomycota.

В разрезе Chrysogena присутствуют тервертицилированные четырехворотовые конидиеносцы. Фиалиды маленькие, а колонии обычно бархатистые. Виды этой группы устойчивы к засолению и почти все производят пенициллин.

Для секции было идентифицировано 13 видов, из которых типовым видом является P. chrysogenum. Эта секция является монофилетической группой и является братом секции Roquefortorum.

Морфология

Этот гриб имеет нитчатый мицелий. Гифы перегородчатые, что характерно для Ascomycota.

Конидиеносцы тервертицилированные (с обильным ветвлением). Они тонкие и гладкостенные, размером 250-500 мкм.

Метулы (ветви конидиофоры) имеют гладкие стенки, а фиалиды имеют ампуловидную форму (форму бутылки) и часто с толстыми стенками.

Конидии бывают от субглобальных до эллиптических, диаметром 2,5–3,5 мкм и с гладкими стенками при просмотре в световой микроскоп. В сканирующем электронном микроскопе стенки бугорчатые.

Естественная среда

P. chrysogenum космополитичен. Этот вид был обнаружен растущим в морских водах, а также на дне естественных лесов в умеренных или тропических зонах.

Это мезофильный вид, который может расти при температуре от 5 до 37 ° C, с оптимумом при 23 ° C. Кроме того, он ксерофилен, поэтому может развиваться в сухой среде. Зато устойчив к засолению.

Из-за способности расти в различных условиях окружающей среды, его часто можно найти в помещении. Среди прочего, он был обнаружен в системах кондиционирования воздуха, холодильниках и санитарных системах.

Это частый грибок в качестве патогена фруктовых деревьев, таких как персики, инжир, цитрусовые и гуава. Точно так же он может загрязнять зерно и мясо. Он также растет на обработанных пищевых продуктах, таких как хлеб и печенье.

репродукция

У P. chrysogenum преобладает бесполое размножение. За более чем 100-летний период изучения гриба до 2013 г. половая репродукция у вида не проверялась.

Бесполое размножение

Это происходит за счет образования конидий в конидиеносцах. Образование конидий связано с дифференцировкой специализированных репродуктивных клеток (фиалидов).

Производство конидий начинается, когда вегетативная гифа перестает расти и образуется перегородка. Затем эта область начинает набухать и образуется серия ветвей. Апикальная клетка ветвей дифференцируется в фиалид, который начинает делиться митозом, давая начало конидиям.

Конидии в основном разносятся ветром. Когда конидиоспоры достигают благоприятной среды, они прорастают и дают начало вегетативному телу гриба.

Половое размножение

Изучение половой фазы P. chrysogenum было непростым, потому что питательные среды, используемые в лаборатории, не способствуют развитию половых структур.

В 2013 году немецкому микологу Юлии Бём и сотрудникам удалось стимулировать половое размножение у этого вида. Для этого они поместили две разные расы на агар в сочетании с овсянкой. Капсулы подвергали воздействию темноты при температуре от 15 ° C до 27 ° C.

После периода инкубации от пяти недель до трех месяцев наблюдалось образование клейстоцециев (закрытые округлые аски). Эти структуры образовались в зоне контакта двух рас.

Этот эксперимент показал, что половое размножение у P. chrysogenum гетеротальное. Необходимо производство аскогониума (женское строение) и антеридия (мужское строение) двух разных рас.

После образования аскогония и антеридия цитоплазма (плазмогамия), а затем ядра (кариогамия) сливаются. Эта клетка входит в мейоз и дает начало аскоспорам (половым спорам).

СМИ культуры

Колонии на питательных средах очень быстро растут. Они имеют вид от бархатистого до хлопкового, с белым мицелием по краям. Колонии имеют голубовато-зеленый цвет и выделяют обильный ярко-желтый экссудат.

В колониях появляются фруктовые ароматы, похожие на ананасовые. Однако у некоторых пород запах не очень сильный.

Пенициллин

Пенициллин - первый антибиотик, успешно использованный в медицине. Это было случайно обнаружено шведским микологом Александром Флемингом в 1928 году.

Исследователь проводил эксперимент с бактериями рода Staphylococcus, и питательная среда была загрязнена грибком. Флеминг заметил, что там, где развивается гриб, бактерии не растут.

Пенициллины - это бета-лактамные антибиотики, и антибиотики природного происхождения подразделяются на несколько типов в зависимости от их химического состава. Они действуют в основном на грамположительные бактерии, атакующие их клеточную стенку, состоящую в основном из пептидогликана.

Есть несколько видов Penicillium, способных продуцировать пенициллин, но P. chrysogenum является наиболее продуктивным. Первый коммерческий пенициллин был произведен в 1941 году, а уже в 1943 году его удалось произвести в больших масштабах.

Природные пенициллины не эффективны против некоторых бактерий, продуцирующих фермент пеницеллазу. Этот фермент обладает способностью разрушать химическую структуру пенициллина и инактивировать ее.

Однако было возможно производить полусинтетические пенициллины, изменяя состав бульона, в котором выращивают Penicillium. Их преимущество в том, что они устойчивы к пеницеллазе, поэтому более эффективны против некоторых патогенов.

Ссылки

1. Böhm J, B Hoff, CO´Gorman, S. Wolfer, V Klix, D Binger, I. Zadra, H Kürnsteiner, S. Pöggoler, P. Dyer и U Kück (2013). Половое размножение и развитие штаммов, опосредованное спариванием, в пенициллиновых клетках. продуцирующий гриб Penicillium chrysogenum. PNAS 110: 1476-1481.
2. Houbraken и RA Samson (2011) Филогения Penicillium и разделение Trichocomaceae на три семейства. Исследования в области микологии 70: 1-51.
3. Хенк Д.А., К.Э. Игл, К. Браун, М.А. Ван ден Берг, П.С. Дайер, С.В. Петерсон и М.К. Фишер (2011) Видообразование Penicillium chrysogenum, несмотря на глобальное перекрытие распределений: популяционная генетика счастливого гриба Александра Флеминга. Молекулярная экология 20: 4288-4301.
4. Kozakiewicz Z, JC Frisvad, DL Hawksworth, JI Pitt, RA Samson, AC Stolk (1992) Предложения по nomina specifica conservanda и rejicienda в Aspergillus и Penicillium (Fungi). Таксон 41: 109-113.
5. Ledermann W (2006) История пенициллина и его производства в Чили. Преподобный Чил. Infect. 23: 172-176.
6. Ронкал, Т. и У. Угальде (2003) Индукция конидии у Penicillium. Исследования в области микробиологии. 154: 539-546.