Penicillium chrysogenum egenskaper, taxonomi, morfologi, livsmiljö



Penicillium chrysogenum Det är den svampart som används mest vid produktion av penicillin. Arten ligger inom släktet Penicillium av Aspergilliaceae-familjen Ascomycota.

Det kännetecknas av att vara en filamentös svamp, med septathyphae. När de odlas i laboratoriet växer deras kolonier snabbt. De har flätande till bomullsutseende och blåaktig grön färgning.

index

  • 1 Allmänna egenskaper
  • 2 Phylogeny och taxonomi
    • 2.1 Synonym
    • 2.2 Nuvarande omskrivenhet
  • 3 Morfologi
  • 4 Habitat
  • 5 Reproduktion
    • 5.1 Sexuell reproduktion
    • 5.2 Sexuell reproduktion
  • 6 Kulturmedia
  • 7 Penicillin
  • 8 referenser

Allmänna egenskaper

P. chrysogenum Det är en saprofytisk art. Det kan sönderdela organiskt material för att producera enkla kolföreningar som den använder i sin mat.

Arten är allestädes närvarande (det kan finnas var som helst) och är vanligt förekommande i slutna, jord eller växter associerade utrymmen. Det växer också på bröd och dess sporer är vanliga i dammet.

Sporerna av P. chrysogenum de kan generera andningsallergier och hudreaktioner. Det kan också producera olika typer av toxiner som påverkar människor.

Penicillinproduktion

Den mest kända användningen av arten är produktionen av penicillin. Detta antibiotikum upptäcktes först av Alexander Fleming 1928, även om han i princip identifierade det som P. rubrum.

Även om det finns andra arter av Penicillium kunna producera penicillin, P. chrysogenum Det är det vanligaste. Dess föredragna användning inom läkemedelsindustrin beror på dess höga produktion av antibiotikumet.

reproduktion

De reproducerar aseksuellt genom konidier (aseksuella sporer) som uppträder i konidioforer. Dessa är upprepa och tunnväggiga, med få fialider (celler som producerar conidier).

Sexuell reproduktion sker genom ascosporer (sexuella sporer). Dessa produceras i tjockväggiga askoser (fruiting bodies).

Ascospores (sexuella sporer) produceras i askos (fruktkroppar). Dessa är cleistothecium (rundade) och har sina sklerotiserade väggar.

Framställning av sekundära metaboliter

Sekundära metaboliter är organiska föreningar som produceras av levande saker som inte direkt ingriper i deras ämnesomsättning. I fallet med svampar hjälper dessa föreningar till deras identifikation. 

P. chrysogenum Det kännetecknas av att producera roquefortina C, meleagrina och penicillin. Denna kombination av föreningar underlättar deras identifiering i laboratoriet. Dessutom producerar svampen andra färgade sekundära metaboliter. Xantoxilinerna är orsaken till den gula färgen på artens typiska exsudat.

Å andra sidan kan det producera aflatoxiner, vilka är mykotoxiner som är skadliga för människor. Dessa toxiner attackerar leversystemet och kan leda till cirros och levercancer. Svampens sporer förorenar olika livsmedel som när de tas in kan orsaka denna patologi.

näring

Arten är saprofytisk. Det har förmågan att producera matsmältningsenzymer som frigörs på organiskt material. Dessa enzymer bryter ned substratet, bryter ner komplexa kolföreningar.

Därefter frisätts de enklaste föreningarna och kan absorberas av hyphae. Näringsämnen som inte konsumeras ackumuleras som glykogen.

Fylogeni och taxonomi

P. chrysogenum beskrivs först av Charles Thom 1910. Arten har en synonym (olika namn för samma art)..

synonymi

Fleming 1929 identifierade penicillinproducerande arter som P. rubrum, på grund av närvaron av en röd koloni. Därefter tilldelades arten under namnet P. notatum.

I 1949 indikerade mykologerna Raper och Thom att P. notatum är synonymt med P. chrysogenum. År 1975 gjordes en översyn av gruppen av besläktade arter P. chrysogenum och fjorton synonymer föreslogs för detta namn.

Det stora antalet synonymer för denna art är relaterat till svårigheten att upprätta diagnostiska tecken. Det har uppskattats att variationer i odlingsmediet påverkar vissa egenskaper. Detta har lett till felaktiga identifieringar av taxonen.

Det är intressant att notera att för prioritetsprincipen (förnamn publicerat) är namnet på det äldsta taxonet P. griseoroseum, publicerad 1901. Ändå, P. chrysogenum Det förblir som ett namn bevarat för sin vida användning.

För närvarande är de mest exakta karaktärerna för att identifiera arten produktion av sekundära metaboliter. Förekomsten av roquefortina C, penicillin och meleagrina garanterar korrekt identifiering.

Nuvarande omskrivenhet

P. chrysogenum är avgränsad till sektionen Chrysogena av släktet Penicillium. Detta släkt är beläget i familjen Aspergilliaceae i ordern Eurotiales de los Ascomycota.

Chrysogenasektionen kännetecknas av närvaron av terverticilados och fyra verticilados conidioforer. Fialiderna är små och kolonierna är generellt flätiga. Arten i denna grupp är tolerant mot salthalt och nästan alla producerar penicillin.

13 arter har rapporterats för sektionen, att vara P. chrysogenum typtypen. Detta avsnitt är en monofyletisk grupp och är en broder av Roquefortorum-sektionen.

morfologi

Denna svamp presenterar trådformigt myceli. Hyphaen är septat, som är karakteristisk för Ascomycota.

Konidiophorerna är terverticilados (med rikliga förgreningar). Dessa är tunna och släta väggar, mäter 250-500 μm.

Metullas (grenar av conidioforen) har släta väggar och phialiderna är ampulära (flaskformade) och ofta med tjocka väggar.

Konidierna är subglobose till elliptiska, 2,5 - 3,5 μm i diameter och släta väggar när de observeras med det optiska mikroskopet. I scanningelektronmikroskopet är väggarna tuberkulerade.

livsmiljö

P. chrysogenum Det är kosmopolitiskt. Arterna har funnits växande i marina vatten, liksom i marken av naturliga skogar i tempererade eller tropiska zoner.

Det är en mesofilisk art som kan växa mellan 5 och 37 ° C, med sitt optimala vid 23 ° C. Dessutom är det xerofil, så det kan utvecklas i torra miljöer. Å andra sidan är det tolerant mot salthalten.

På grund av möjligheten att växa i olika miljöförhållanden är det vanligt att hitta det i interiörytor. Det har hittats bland annat i luftkonditioneringssystem, kylskåp och toaletter.

Det är en vanlig svamp som en patogen av frukt som persikor, fikon, citrus och guava. Det kan också förorena spannmål och kött. Det växer också på bearbetade livsmedel som bröd och kakor.

reproduktion

i P. chrysogenum Det finns en övervägande av aseksuell reproduktion. I mer än 100 år av svampundersökningen visades inte sexuell reproduktion i arten fram till 2013.

Sexuell reproduktion

Detta sker genom produktion av conidier i konidioforer. Bildandet av conidier är förenat med differentieringen av specialiserade reproduktiva celler (fialider).

Produktionen av conidierna börjar när en vegetativ hypha slutar sin tillväxt och en septumform. Sedan börjar detta område att svälla och en serie grenar bildas. Apiklens apikala cell skiljer sig i den phialid som börjar divideras med mitos för att ge upphov till konidierna.

Konidierna är huvudsakligen dispergerade av vinden. När konidiosporerna når en gynnsam miljö, spirer de och ger upphov till svampens vegetativa kropp.

Sexuell reproduktion

Studien av den sexuella fasen i P. chrysogenum Det var inte lätt, eftersom de kulturmedier som används i laboratoriet inte främjar utvecklingen av sexuella strukturer.

År 2013 lyckades den tyska mykologen Julia Böhm och medarbetare stimulera sexuell reproduktion i arten. För detta lade de två olika raser på agar i kombination med havregryn. Kapslarna utsattes för mörkret vid en temperatur mellan 15 ° C och 27 ° C.

Efter inkubationstid mellan fem veckor och tre månader observerades bildningen av cleistoceci (sluten avrundad askos). Dessa strukturer bildades i kontaktzonen mellan de två raserna.

Detta experiment visade att i P. chrysogenum Sexuell reproduktion är heterotal. Det är nödvändigt att producera en ascogonium (kvinnlig struktur) och ett anteridium (manlig struktur) av två olika raser.

Efter bildandet av ascogonium och anteridium smälter cytoplasma (plasmogamy) och sedan kärnorna (cariogamy). Denna cell går in i meios och ger upphov till ascosporer (sexuella sporer).

Kulturmedia

Kolonierna i odlingsmediet växer mycket snabbt. De är flöjtiga till bomullsmycken i utseende, med vita mycelier vid marginalerna. Kolonierna är blågröna och ger ett rikt, ljusgult exsudat. 

Fruktiga aromer är närvarande i kolonierna, liknande ananas. Men i vissa raser är lukten inte särskilt märkt.

penicillin

Penicillin är det första antibiotikum som har använts framgångsrikt i medicin. Detta upptäcktes av en slump av den svenska mykologen Alexander Fleming 1928.

Forskaren genomförde ett experiment med släktets bakterier staphylococcus och odlingsmediet var kontaminerat med svampen. Fleming noterade att bakterierna inte växte på den plats där svampen utvecklades.

Penicilliner är beta-laktamantibiotika och de av naturligt ursprung klassificeras i flera typer enligt deras kemiska sammansättning. Dessa verkar huvudsakligen på gram-positiva bakterier som attackerar cellväggen, som huvudsakligen består av peptidoglykan.

Det finns flera arter av Penicillium kunna producera penicillin, men P. chrysogenum Det är den med högsta produktivitet. Det första kommersiella penicillinet producerades 1941 och redan 1943 kunde det produceras i stor skala.

Naturliga penicilliner är inte effektiva mot vissa bakterier som producerar penicillin-enzymet. Detta enzym har förmågan att förstöra penicillins kemiska struktur och det inaktiva.

Emellertid, har det varit möjligt att framställa penicilliner semisyntetiska förändrade sammansättningen av buljongen där det odlas i Penicillium. Dessa har fördelen att de är penicillinresistenta, därför mer effektiva mot vissa patogener.

referenser

  1. Böhm J, Hoff B, C O'Gorman, S Wolfer, Klix V, D Binger, jag Zadra, H Kürnsteiner, Pöggoler S, P och U Kück Dyer (2013) Sexuell reproduktion och parning-typ-medierad stam utveckling inom penicillin -producerande svamp Penicillium chrysogenum. PNAS 110: 1476-1481.
  2. Houbraken och RA Samson (2011) Phylogeny of Penicillium och segregation av Trichocomaceae i tre familjer. Studier i mykologi 70: 1-51.
  3. Henk DA, CE Eagle, K Brown, MA Van den Berg, PS Dyer, SW Peterson och MC Fisher (2011) Speciation TROTS globalt överlappande fördelningar i Penicillium chrysogenum: populationsgenetiken för Alexander Flemings lyckasvamp. Molekylär ekologi 20: 4288-4301.
  4. Kozakiewicz Z, JC Frisvad, DL Hawksworth, JI Pitt, Samson RA, AC Stolk (1992) Förslag på löne specifica conservanda och rejicienda i Aspergillus och Penicillium (svampar). Taxon 41: 109-113.
  5. Ledermann W (2006) Penicillins historia och dess tillverkning i Chile. Rev. Chil. Infect. 23: 172-176.
  6. Roncal, T och U Ugalde (2003) Conidiation induktion i Penicillium. Forskning inom mikrobiologi. 154: 539-546.