PENICILLIUM CHRYSOGENUM: RAKSTUROJUMS, MORFOLOĢIJA, BIOTOPS - BIOLOĢIJA - 2025

Penicillium chrysogenum ir sēņu suga, kuru visbiežāk izmanto penicilīna ražošanā. Suga ietilpst Asicycota dzimtas Aspergilliaceae dzimtas Penicillium ģintī.

To raksturo šķiedru sēne ar septate hyphae. Kad to audzē laboratorijā, tā kolonijas strauji aug. Pēc izskata tie ir samtaini līdz kokvilnai un zilgani zaļā krāsā.

Penicillium chrysogenum, syn. Penicillium notatum. Autore Crulina 98, no Wikimedia Commons

Vispārīgais raksturojums

P. chrysogenum ir saprofītiska suga. Tas spēj sadalīt organiskās vielas, veidojot vienkāršus oglekļa savienojumus, ko tas lieto uzturā.

Suga ir visuresoša (to var atrast jebkur), un to bieži var atrast slēgtās telpās, zemē vai saistītā ar augiem. Tas aug arī uz maizes, un tā sporas ir izplatītas putekļos.

P. chrysogenum sporas var izraisīt elpceļu alerģiju un ādas reakcijas. Tas var arī ražot dažāda veida toksīnus, kas ietekmē cilvēku.

Penicilīna ražošana

Pazīstamākais sugas lietojums ir penicilīna ražošana. Pirmoreiz šo antibiotiku atklāja Aleksandrs Flemings 1928. gadā, lai gan sākotnēji viņš to identificēja kā P. rubrum.

Lai gan ir arī citas Penicillium sugas, kas spēj ražot penicilīnu, P. chrysogenum ir visizplatītākais. Tās preferenciālais lietojums farmācijas nozarē ir saistīts ar augsto antibiotiku ražošanu.

Pavairošana

Viņi reproducē aseksuāli, izmantojot konidijas (aseksuālas sporas), kas veidojas konidioporos. Tie ir taisni un plānsienīgi, ar dažiem fialīdiem (konidiju veidojošām šūnām).

Seksuālā reprodukcija notiek caur askosporām (seksa sporām). Tās rodas biezu sienu asci (augļķermeņi).

Askosporas (seksa sporas) veido asci (augļu ķermeņi). Tie ir Cleistothecium tipa (noapaļoti) un ar sklerotiskām sienām.

Sekundāro metabolītu ražošana

Sekundārie metabolīti ir organiski savienojumi, ko ražo dzīvās būtnes, kas tieši neiejaucas to metabolismā. Sēnīšu gadījumā šie savienojumi palīdz tos identificēt.

P. chrysogenum raksturo rokefortīna C, meleagrīna un penicilīna ražošana. Šī savienojumu kombinācija atvieglo to identificēšanu laboratorijā. Turklāt sēne ražo citus krāsainus sekundāros metabolītus. Ksantoksilīni ir atbildīgi par sugai raksturīgo eksudāta dzelteno krāsu.

No otras puses, tas var radīt aflatoksīnus, kas ir mikotoksīni, kas ir kaitīgi cilvēkiem. Šie toksīni uzbrūk aknu sistēmai un var izraisīt cirozi un aknu vēzi. Sēnītes sporas piesārņo dažādus pārtikas produktus, kas, norijot, var izraisīt šo patoloģiju.

Uzturs

Suga ir saprofīta. Tam ir spēja ražot gremošanas enzīmus, kas izdalās uz organiskām vielām. Šie fermenti noārda substrātu, sadalot sarežģītus oglekļa savienojumus.

Vēlāk izdalās vienkāršāki savienojumi, un tos var absorbēt hipē. Uzturvielas, kas netiek patērētas, uzkrājas kā glikogēns.

Filoģenētika un taksonomija

P. chrysogenum pirmo reizi aprakstīja Čārlzs Toms 1910. gadā. Sugai ir plaša sinonīmija (vienas sugas nosaukumi ir dažādi).

Sinonīmija

Flemings 1929. gadā penicilīnus ražojošās sugas identificēja kā P. rubrum sarkanās kolonijas klātbūtnes dēļ. Vēlāk sugas tika piešķirtas ar nosaukumu P. notatum.

1949. gadā mikologi Rapers un Toms norādīja, ka P. notatum ir sinonīms P. chrysogenum. 1975. gadā tika pārskatīta ar P. chrysogenum saistīto sugu grupa, un šim nosaukumam tika ierosināti četrpadsmit sinonīmi.

Lielais šīs sugas sinonīmu skaits ir saistīts ar grūtībām noteikt diagnostikas rakstzīmes. Tika atzīts, ka atšķirības barotnē ietekmē dažas īpašības. Tas ir novedis pie nepareizas taksona identificēšanas.

Interesanti atzīmēt, ka pēc prioritātes principa (pirmais publicētais nosaukums) vecākā taksona nosaukums ir P. griseoroseum, kas publicēts 1901. gadā. Tomēr P. chrysogenum joprojām ir saglabāts nosaukums tā plašās izmantošanas dēļ.

Pašlaik visprecīzākās sugas identificēšanas pazīmes ir sekundāro metabolītu ražošana. Roquefortīna C, penicilīna un meleagrīna klātbūtne garantē pareizu identificēšanu.

Pašreizējais vēlēšanu apgabals

P. chrysogenum ir aprakstīts Penicillium ģints Chrysogena sadaļā. Šī ģints atrodas Aspergilliaceae ģimenē, kas pieder Ascomycota Eurotiales kārtai.

Chrysogena sadaļai ir raksturīgi terverticilēti un četrstūraini konidiopori. Fialīdi ir mazi, un kolonijas parasti ir samtainas. Šīs grupas sugas ir tolerances pret sāļumu un gandrīz visas ražo penicilīnu.

Sadaļai ir noteiktas 13 sugas, un P. chrysogenum ir sugas. Šī sadaļa ir monofiliska grupa un ir Roquefortorum sadaļas brālis.

Morfoloģija

Šai sēnei ir filamenta micēlija. Hifas ir septate, kas raksturīga Ascomycota.

Konidiopori ir terverticilēti (ar bagātīgu sazarojumu). Tās ir plānas un gludas sienas, to izmērs ir 250–500 µm.

Laikiem (konidiofora zariem) ir gludas sienas un fialīdiem ir ampuliformas (pudeles formas) un bieži biezas sienas.

Konidijas ir subglobose līdz elipsveida, diametrā 2,5-3,5 μm, un, aplūkojot ar gaismas mikroskopu, gludu sienu. Skenējošā elektronu mikroskopā sienas tiek tuberkulētas.

Biotops

P. chrysogenum ir kosmopolīts. Ir konstatēts, ka sugas aug jūras ūdeņos, kā arī dabisko mežu grīdā mērenās vai tropiskās zonās.

Tā ir mezofiliska suga, kas var augt 5–37 ° C temperatūrā, optimāli izmantojot 23 ° C. Turklāt tas ir kserofils, tāpēc tas var attīstīties sausā vidē. No otras puses, tas ir tolerants pret sāļumu.

Sakarā ar spēju augt dažādos vides apstākļos, ir ierasts to atrast telpās. Tas ir atrodams gaisa kondicionēšanā, ledusskapjos un sanitārajās sistēmās.

Tā ir bieža sēne kā augļu koku patogēns, piemēram, persiki, vīģes, citrusaugļi un gvajaves. Tāpat tas var inficēt graudus un gaļu. Tas aug arī uz pārstrādātiem pārtikas produktiem, piemēram, maizes un cepumiem.

Pavairošana

P. chrysogenum pārsvarā ir aseksuāla reprodukcija. Vairāk nekā 100 gadu laikā pēc sēnīšu izpētes līdz 2013. gadam sugas seksuālā reprodukcija netika pārbaudīta.

Aseksuāla reprodukcija

Tas notiek, veidojot konidijus konidioforos. Konidiju veidošanās ir saistīta ar specializētu reproduktīvo šūnu (fialīdu) diferenciāciju.

Konidiju ražošana sākas, kad veģetatīvā hypha pārstāj augt un veidojas starpsiena. Tad šī zona sāk uzbriest un veidojas filiāļu virkne. Zaru virsotnes šūna diferencējas par fialīdu, kas ar mitozes palīdzību sāk sadalīties, veidojot konidijas.

Konidijas galvenokārt izkliedē vējš. Kad konidiosporas nonāk labvēlīgā vidē, tās dīgst un rada sēnītes veģetatīvo ķermeni.

Seksuāla reprodukcija

Seksuālās fāzes izpēte P. chrysogenum nebija viegla, jo laboratorijā izmantotie barotnes neveicina seksuālo struktūru attīstību.

2013. gadā vācu mikoloģei Jūlijai Bēmai un līdzstrādniekiem izdevās stimulēt sugu seksuālo pavairošanu. Šim nolūkam viņi novietoja divas dažādas sacīkstes uz agara, kas apvienots ar auzu pārslu. Kapsulas tika pakļautas tumšai temperatūrai no 15 ° C līdz 27 ° C.

Pēc inkubācijas laika no piecām nedēļām līdz trim mēnešiem tika novērota kleistocecijas (slēgta, noapaļota asci) veidošanās. Šīs struktūras tika izveidotas kontakta zonā starp abām sacīkstēm.

Šis eksperiments parādīja, ka seksuālā pavairošana P. chrysogenum ir heterotālija. Nepieciešams ražot divu dažādu rasu ascogonium (sieviešu struktūra) un antheridium (vīriešu struktūra).

Pēc ascogonium un antheridium veidošanās saplūst citoplazmas (plazmogamija) un pēc tam kodoli (karyogamy). Šī šūna nonāk meiozē un rada askosporas (seksa sporas).

Kultūras nesēji

Kultūras nesēju kolonijas aug ļoti strauji. Pēc izskata tie ir samtaini līdz kokvilnai, un malās ir balta micēlija. Kolonijas ir zilgani zaļā krāsā un rada bagātīgu, spilgti dzeltenu eksudātu.

Kolonijās parādās augļu aromāti, līdzīgi kā ananāsos. Tomēr dažās šķirnēs smarža nav ļoti spēcīga.

Penicilīns

Penicilīns ir pirmā antibiotika, kas veiksmīgi izmantota medicīnā. To nejauši atklāja zviedru mikologs Aleksandrs Flemings 1928. gadā.

Pētnieks veica eksperimentu ar Staphylococcus ģints baktērijām, un barotne bija piesārņota ar sēnīti. Flemings novēroja, ka tur, kur attīstījās sēne, baktērijas neaug.

Penicilīni ir betalaktātiskas antibiotikas, un dabiskas izcelsmes antibiotikas klasificē vairākos veidos pēc to ķīmiskā sastāva. Tie galvenokārt darbojas uz grampozitīvām baktērijām, uzbrūkot viņu šūnu sieniņām, kas sastāv galvenokārt no peptidoglikāna.

Ir vairākas Penicillium sugas, kas spēj ražot penicilīnu, bet P. chrysogenum ir tā, kurai ir visaugstākā produktivitāte. Pirmais komerciālais penicilīns tika ražots 1941. gadā, un jau 1943. gadā to izdevās ražot lielā mērogā.

Dabiskie penicilīni nav efektīvi pret dažām baktērijām, kas ražo fermentu penicellase. Šim fermentam ir spēja iznīcināt penicilīna ķīmisko struktūru un to deaktivizēt.

Tomēr ir bijis iespējams ražot daļēji sintētiskus penicilīnus, mainot buljona sastāvu, kurā audzē Penicillium. Tām ir priekšrocība, ka tās ir izturīgas pret penicellase, tāpēc efektīvākas pret dažiem patogēniem.

Atsauces

1. Böhm J, B Hoff, CO´Gorman, S Wolfer, V Klix, D Binger, I Zadra, H Kürnsteiner, S Pöggoler, P Dyer un U Kück (2013). Seksuālā reprodukcija un pārošanās veida mediēta celma attīstība penicilīnā ražo Penicillium chrysogenum sēnīti. PNAS 110: 1476-1481.
2. Houbraken un RA Samson (2011) Penicillium filoģenēze un Trichocomaceae segregācija trīs ģimenēs. Pētījumi mikoloģijā 70: 1-51.
3. Henk DA, CE Eagle, K Brown, MA Van den Berg, PS Dyer, SW Peterson un MC Fisher (2011) Specifikācija, neraugoties uz Penicillium chrysogenum izplatības globālo pārklāšanos: Aleksandra Fleminga laimīgās sēnes populācijas ģenētika. Molecular Ecology 20: 4288-4301.
4. Kozakiewicz Z, JC Frisvad, DL Hawksworth, JI Pitt, RA Samson, AC Stolk (1992) Priekšlikumi par nomina specifica konservanda un rejicienda Aspergillus un Penicillium (Fungi). Taksons 41: 109-113.
5. Ledermans W (2006) Penicilīna un tā ražošanas vēsture Čīlē. Sv. Inficēt. 23: 172-176.
6. Roncal, T un U Ugalde (2003) Konidācijas indukcija Penicilijā. Pētījumi mikrobioloģijā. 154: 539-546.