Χαρακτηριστικά του Penicillium chrysogenum, ταξινόμηση, μορφολογία, οικοτόπου

Penicillium chrysogenum Είναι το είδος των μυκήτων που χρησιμοποιείται συχνότερα στην παραγωγή πενικιλλίνης. Το είδος βρίσκεται μέσα στο γένος Penicillium της οικογένειας Aspergilliaceae της Ascomycota.

Χαρακτηρίζεται από την ύπαρξη ενός νηματώδους μύκητα, με διαφραγμένες υφές. Όταν καλλιεργούνται στο εργαστήριο, οι αποικίες τους αναπτύσσονται ταχύτατα. Έχουν βελούδινη έως βαμβακερή εμφάνιση και γαλαζωπό πράσινο χρώμα.

Ευρετήριο

• 1 Γενικά χαρακτηριστικά
• 2 Φυλογενία και ταξινόμηση
  • 2.1 Συνωνυμία
  • 2.2 Τρέχουσα οριοθέτηση
• 3 Μορφολογία
• 4 Οικότοπος
• 5 Αναπαραγωγή
  • 5.1 Asexual αναπαραγωγή
  • 5.2 Σεξουαλική αναπαραγωγή
• 6 Μέσα καλλιέργειας
• 7 Πενικιλλίνη
• 8 Αναφορές

Γενικά χαρακτηριστικά

P. chrysogenum Είναι ένα σαπροφυτικό είδος. Είναι σε θέση να αποσυνθέσει την οργανική ύλη για να παράγει απλές ενώσεις άνθρακα που χρησιμοποιεί στο φαγητό της.

Το είδος είναι πανταχού παρόν (μπορεί να βρεθεί οπουδήποτε) και είναι συνηθισμένο να το βρούμε σε κλειστούς χώρους, στο έδαφος ή σε φυτά. Αναπτύσσεται επίσης στο ψωμί και τα σπόρια του είναι κοινά στη σκόνη.

Τα σπόρια του P. chrysogenum μπορούν να δημιουργήσουν αναπνευστικές αλλεργίες και δερματικές αντιδράσεις. Μπορεί επίσης να παράγει διάφορους τύπους τοξινών που επηρεάζουν τους ανθρώπους.

Παραγωγή πενικιλίνης

Η πιο γνωστή χρήση του είδους είναι η παραγωγή πενικιλλίνης. Αυτό το αντιβιοτικό ανακαλύφθηκε για πρώτη φορά από τον Αλέξανδρο Φλέμινγκ το 1928, παρόλο που τον αναγνώρισε κατ 'αρχήν ως Ρ. Rubrum.

Αν και υπάρχουν και άλλα είδη Penicillium ικανή να παράγει πενικιλλίνη, P. chrysogenum Είναι το πιο κοινό. Η προτιμώμενη χρήση της στη φαρμακευτική βιομηχανία οφείλεται στην υψηλή παραγωγή του αντιβιοτικού.

Αναπαραγωγή

Αναπαράγουν ασεξουαλικά μέσω κονιδίων (σπορίων ασεξουαλικών) που εμφανίζονται σε κονιδιοφόρα. Αυτά είναι όρθια και λεπτά τοιχώματα, με λίγα φιαλίδια (κύτταρα που παράγουν κονίδια).

Η σεξουαλική αναπαραγωγή λαμβάνει χώρα μέσω ασκοσπόρων (σεξουαλικών σπόρων). Αυτά παράγονται σε άσους με πάχος τοίχωμα (καρποφόρα σώματα).

Τα ασκοσπόρια (σεξουαλικά σπόρια) παράγονται σε ασκούς (καρποφόρα σώματα). Αυτά είναι cleistothecium (στρογγυλεμένα) και έχουν sclerotized τους τοίχους.

Παραγωγή δευτερογενών μεταβολιτών

Οι δευτερεύοντες μεταβολίτες είναι οργανικές ενώσεις που παράγονται από ζώντα ζώα που δεν παρεμβαίνουν άμεσα στον μεταβολισμό τους. Στην περίπτωση των μυκήτων, αυτές οι ενώσεις συμβάλλουν στην ταυτοποίησή τους. 

P. chrysogenum χαρακτηρίζεται από την παραγωγή ροκουφορτίνας C, meleagrina και πενικιλλίνης. Αυτός ο συνδυασμός ενώσεων διευκολύνει την ταυτοποίησή τους στο εργαστήριο. Επιπλέον, ο μύκητας παράγει άλλους χρωματισμένους δευτερογενείς μεταβολίτες. Οι ξανθοξιλίνες είναι η αιτία του κίτρινου χρώματος του τυπικού εξιδρώματος του είδους.

Από την άλλη πλευρά, μπορεί να παράγει αφλατοξίνες, οι οποίες είναι μυκοτοξίνες επιβλαβείς για τον άνθρωπο. Αυτές οι τοξίνες επιτίθενται στο συκώτι και μπορούν να οδηγήσουν σε κίρρωση και καρκίνο του ήπατος. Τα σπόρια του μύκητα μολύνουν διάφορα τρόφιμα που κατά την κατάποση μπορούν να προκαλέσουν αυτή την παθολογία.

Διατροφή

Το είδος είναι σαπροφυτικό. Έχει την ικανότητα να παράγει πεπτικά ένζυμα που απελευθερώνονται σε οργανική ύλη. Αυτά τα ένζυμα αποικοδομούν το υπόστρωμα, διαλύοντας σύνθετες ενώσεις άνθρακα.

Στη συνέχεια, οι απλούστερες ενώσεις απελευθερώνονται και μπορούν να απορροφηθούν από τους υφές. Τα θρεπτικά συστατικά που δεν καταναλώνονται συσσωρεύονται ως γλυκογόνο.

Φυλογενία και ταξινόμηση

Το P. chrysogenum περιγράφηκε για πρώτη φορά από τον Charles Thom το 1910. Το είδος έχει συνωνυμία (διαφορετικές ονομασίες για το ίδιο είδος)..

Συνώνυμο

Ο Φλέμινγκ το 1929 προσδιόρισε τα είδη που παράγουν πενικιλίνη ως Ρ. Rubrum, λόγω της παρουσίας μιας κόκκινης αποικίας. Ακολούθως, το είδος ανατέθηκε με την ονομασία P. notatum.

Το 1949 οι μυκολόγοι Raper και Thom το έδειξαν P. notatum είναι συνώνυμο με P. chrysogenum. Το 1975 έγινε μια ανασκόπηση της ομάδας των σχετικών ειδών P. chrysogenum και προτάθηκαν δεκατέσσερα συνώνυμα για το όνομα αυτό.

Ο μεγάλος αριθμός συνωνύμων για το είδος αυτό σχετίζεται με τη δυσκολία δημιουργίας διαγνωστικών χαρακτήρων. Έχει εκτιμηθεί ότι οι μεταβολές στο μέσο καλλιέργειας επηρεάζουν ορισμένα χαρακτηριστικά. Αυτό έχει οδηγήσει σε εσφαλμένες ταυτοποιήσεις της ταξινομικής κατηγορίας.

Είναι ενδιαφέρον να σημειωθεί ότι για την αρχή προτεραιότητας (όνομα που δημοσιεύθηκε) το όνομα για το παλαιότερο taxon είναι P. griseoroseum, που δημοσιεύθηκε το 1901. Παρόλα αυτά, P. chrysogenum παραμένει ως όνομα διατηρημένο για την ευρεία χρήση του.

Επί του παρόντος, οι ακριβέστεροι χαρακτήρες για τον προσδιορισμό του είδους είναι η παραγωγή δευτερογενών μεταβολιτών. Η παρουσία ροκοφορτίνας C, πενικιλλίνης και meleagrina, εγγυάται τη σωστή ταυτοποίηση.

Τρέχουσα οριοθέτηση

P. chrysogenum περιγράφεται στο τμήμα Chrysogena του γένους Penicillium. Το γένος αυτό βρίσκεται στην οικογένεια Aspergilliaceae της σειράς Eurotiales de los Ascomycota.

Το τμήμα της Χρυσογένης χαρακτηρίζεται από την παρουσία τερβετίδων και τεσσάρων βεριστιδίων. Τα φιαλίδια είναι μικρά και οι αποικίες γενικά βελούδινα. Τα είδη αυτής της ομάδας είναι ανθεκτικά στην αλατότητα και σχεδόν όλα παράγουν πενικιλίνη.

Για το τμήμα έχουν αναφερθεί 13 είδη P. chrysogenum το είδος του είδους. Αυτό το τμήμα είναι μια μονοφατυλική ομάδα και είναι αδελφός του τμήματος Roquefortorum.

Μορφολογία

Αυτός ο μύκητας παρουσιάζει νηματώδη μυκήλια. Οι υφές είναι διάσπαρτες, χαρακτηριστικές της Ασκομυκότα.

Τα κονιδιοφόρα είναι terverticilados (με άφθονες διακλαδώσεις). Πρόκειται για λεπτές και ομαλές τοιχοποιίες, διαστάσεων 250-500 μm.

Οι μεταλλάδες (κλαδιά του κονιδιοφόρου) έχουν ομαλά τοιχώματα και οι φιάλες είναι αμφορείς (σχήμα φιάλης) και συχνά με χοντρά τοιχώματα.

Τα κονίδια είναι υπογλώσσια έως ελλειπτικά, με διάμετρο 2,5-3,5 μm και λείες τοιχίες όταν παρατηρούνται με το οπτικό μικροσκόπιο. Στο ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης τα τοιχώματα είναι φυματίωση.

Habitat

P. chrysogenum Είναι κοσμοπολίτικο. Το είδος έχει βρεθεί να αναπτύσσεται στα θαλάσσια ύδατα, καθώς και στο έδαφος των φυσικών δασών σε εύκρατες ή τροπικές ζώνες.

Είναι ένα μεσοφιλικό είδος που μπορεί να αυξηθεί μεταξύ 5 - 37 ° C, με τη βέλτιστη θερμοκρασία στους 23 ° C. Επιπλέον, είναι xerophilous, έτσι μπορεί να αναπτυχθεί σε ξηρά περιβάλλοντα. Από την άλλη πλευρά, είναι ανεκτική στην αλατότητα.

Λόγω της ικανότητάς του να αναπτύσσεται σε ποικίλες περιβαλλοντικές συνθήκες, είναι κοινός ο εντοπισμός τους σε εσωτερικούς χώρους. Βρέθηκε σε συστήματα κλιματισμού, ψυγεία και τουαλέτες, μεταξύ άλλων.

Είναι ένας συχνός μύκητας ως παθογόνο οπωροφόρων δένδρων όπως ροδάκινα, σύκα, εσπεριδοειδή και γκουάβα. Επίσης, μπορεί να μολύνει τα δημητριακά και το κρέας. Αναπτύσσεται επίσης σε επεξεργασμένα τρόφιμα όπως τα ψωμιά και τα κράκερ.

Αναπαραγωγή

Στο P. chrysogenum υπάρχει μια υπεροχή αναπαραγωγής ασεξουαλικών. Σε περισσότερα από 100 χρόνια μελέτης του μύκητα, μέχρι το 2013 δεν αποδείχθηκε η σεξουαλική αναπαραγωγή στο είδος.

Ασεξουαλική αναπαραγωγή

Αυτό συμβαίνει μέσω της παραγωγής κονιδίων σε κονιδιοφόρα. Ο σχηματισμός κονιδίων σχετίζεται με τη διαφοροποίηση των εξειδικευμένων αναπαραγωγικών κυττάρων (φιαλίδες).

Η παραγωγή των κονιδίων αρχίζει όταν ένα βλαστικό υφαί σταματήσει την ανάπτυξή του και σχηματίζεται ένα διάφραγμα. Στη συνέχεια, αυτή η περιοχή αρχίζει να διογκώνεται και σχηματίζεται μια σειρά από κλάδους. Το κορυφαίο κύτταρο των διακλαδώσεων διαφέρει στο φιαλίδιο που αρχίζει να διαιρείται με μίτωση για να δημιουργήσει τα κονίδια.

Τα κονίδια είναι κυρίως διασκορπισμένα από τον άνεμο. Όταν τα κονιδιοσπόρια φθάνουν σε ένα ευνοϊκό περιβάλλον, βλασταίνουν και δημιουργούν το βλαστικό σώμα του μύκητα.

Σεξουαλική αναπαραγωγή

Η μελέτη της σεξουαλικής φάσης στο P. chrysogenum Δεν ήταν εύκολο, επειδή τα μέσα καλλιέργειας που χρησιμοποιούνται στο εργαστήριο δεν προωθούν την ανάπτυξη σεξουαλικών δομών.

Το 2013, η γερμανίδα μυκολόγος Julia Böhm και οι συνεργάτες της κατάφεραν να τονώσουν τη σεξουαλική αναπαραγωγή στο είδος. Για αυτό, έβαλαν δύο διαφορετικές φυλές σε άγαρ σε συνδυασμό με πλιγούρι βρώμης. Οι κάψουλες υποβλήθηκαν σε σκοτάδι σε θερμοκρασία μεταξύ 15 ° C και 27 ° C.

Μετά από ένα χρόνο επώασης μεταξύ πέντε εβδομάδων έως τριών μηνών, παρατηρήθηκε ο σχηματισμός cleistoceci (κλειστός στρογγυλεμένος ασκός). Αυτές οι δομές σχηματίστηκαν στη ζώνη επαφής μεταξύ των δύο φυλών.

Αυτό το πείραμα έδειξε ότι στο P. chrysogenum η σεξουαλική αναπαραγωγή είναι ετεροθαλής. Είναι απαραίτητο να παραχθεί ένα ασκογονίδιο (γυναικεία δομή) και ένα αντερίδιο (αρσενική δομή) δύο διαφορετικών φυλών.

Μετά το σχηματισμό ασκονονίου και ανθεριδίου, τα κυτταροπλάσματα (πλασμογαμία) και στη συνέχεια η ασφάλεια πυρήνων (καρδιογυναιμών). Αυτό το κύτταρο εισέρχεται στη μεΐωση και δημιουργεί ασκοσπόρια (σεξουαλικά σπόρια).

Μέσα καλλιέργειας

Οι αποικίες στα μέσα καλλιέργειας αναπτύσσονται πολύ γρήγορα. Είναι βελούδινα με βαμβακερή εμφάνιση, με λευκά μυκήλια στα περιθώρια. Οι αποικίες είναι μπλε πράσινες και παράγουν ένα πλούσιο, λαμπερό κίτρινο εξίδρωμα. 

Φρούτα αρώματα υπάρχουν στις αποικίες, παρόμοια με τον ανανά. Ωστόσο, σε ορισμένες φυλές η μυρωδιά δεν είναι πολύ έντονη.

Πενικιλλίνη

Η πενικιλλίνη είναι το πρώτο αντιβιοτικό που έχει χρησιμοποιηθεί με επιτυχία στην ιατρική. Αυτό ανακαλύφθηκε τυχαία από τον Σουηδό μυκολόγο Αλέξανδρο Φλέμινγκ το 1928.

Ο ερευνητής διεξήγαγε ένα πείραμα με βακτήρια του γένους Staphylococcus και το μέσο καλλιέργειας μολύνθηκε με τον μύκητα. Ο Φλέμινγκ σημείωσε ότι στο σημείο όπου αναπτύχθηκε ο μύκητας, τα βακτήρια δεν αναπτύσσονταν.

Οι πενικιλίνες είναι αντιβιοτικά βήτα-λακτάμης και αυτά φυσικής προέλευσης ταξινομούνται σε διάφορους τύπους ανάλογα με τη χημική τους σύνθεση. Αυτά δρουν κυρίως σε θετικά κατά Gram βακτηρίδια που επιτίθενται στο κυτταρικό τοίχωμα που αποτελείται κυρίως από πεπτιδογλυκάνη.

Υπάρχουν πολλά είδη Penicillium ικανή να παράγει πενικιλλίνη, αλλά P. chrysogenum Είναι εκείνη με την υψηλότερη παραγωγικότητα. Η πρώτη εμπορική πενικιλίνη παρήχθη το 1941 και ήδη το 1943 ήταν σε θέση να παραχθεί σε μεγάλη κλίμακα.

Οι φυσικές πενικιλίνες δεν είναι αποτελεσματικές έναντι ορισμένων βακτηρίων που παράγουν το ένζυμο πενικιλλίνης. Αυτό το ένζυμο έχει την ικανότητα να καταστρέφει τη χημική δομή της πενικιλλίνης και της αδρανούς.

Ωστόσο, έχει γίνει δυνατή η παραγωγή πενικιλλίνες ημι-συνθετικά αλλαγή της σύνθεσης του ζωμού όπου καλλιεργείται το Penicillium. Αυτά έχουν το πλεονέκτημα ότι είναι ανθεκτικά στην πενικιλίνη, επομένως πιο αποτελεσματικά έναντι ορισμένων παθογόνων παραγόντων.

Αναφορές

1. Böhm J, Hoff Β, C O'Gorman, S Wolfer, ΚΙίχ V, D Binger, Ι Zadra, Η Kürnsteiner, Pöggoler S, P και U Kuck Dyer (2013) Η σεξουαλική αναπαραγωγή και το ζευγάρωμα-τύπου-διαμεσολαβούμενη ανάπτυξη στελέχους στο πενικιλλίνης -που παράγει μύκητες Penicillium chrysogenum. PNAS 110: 1476-1481.
2. Houbraken και RA Samson (2011) Φυλογενία του Penicillium και τον διαχωρισμό των Trichocomaceae σε τρεις οικογένειες. Μελέτες στη Μυκητολογία 70: 1-51.
3. Henk DA, CE Eagle, Κ Brown, ΜΑ Van den Berg, PS Dyer, SW Peterson και MC Fisher (2011) Ειδογένεση ΠΑΡΑ παγκόσμιο επικαλυπτόμενες κατανομές σε Penicillium chrysogenum: η γενετική του πληθυσμού του τυχερού μύκητα του Αλέξανδρου Φλέμινγκ. Molecular Ecology 20: 4288-4301.
4. Kozakiewicz Ζ, JC Frisvad, DL Hawksworth, JI Pitt, Samson RA, AC Stolk (1992) Προτάσεις για μισθοδοσίας Προδ conservanda και rejicienda σε Aspergillus και Penicillium (Μύκητες). Taxon 41: 109-113.
5. Ledermann W (2006) Η ιστορία της πενικιλίνης και την κατασκευή στη Χιλή. Αναθ. Chil. Έλλειψη. 23: 172-176.
6. Roncal, Τ και U Ugalde (2003) επαγωγή κονιδίωσης σε Penicillium. Έρευνα στη Μικροβιολογία. 154: 539-546.