Penicillium chrysogenum kenmerken, taxonomie, morfologie, habitat

Penicillium chrysogenum Het is de schimmelsoort die het meest wordt gebruikt bij de productie van penicilline. De soort bevindt zich binnen het geslacht penicillium van de Aspergilliaceae-familie van Ascomycota.

Het wordt gekenmerkt door een filamenteuze schimmel, met septate hyphae. Als ze in het laboratorium worden gekweekt, groeien hun kolonies snel. Ze hebben een fluwelig tot katoenachtig uiterlijk en een blauwgroene kleur.

index

• 1 Algemene kenmerken
• 2 Fylogenie en taxonomie
  • 2.1 Synonymie
  • 2.2 Huidige omschrijving
• 3 Morfologie
• 4 Habitat
• 5 Voortplanting
  • 5.1 Ageseksuele voortplanting
  • 5.2 Seksuele reproductie
• 6 Cultuurmedia
• 7 Penicilline
• 8 Referenties

Algemene kenmerken

P. chrysogenum Het is een saprofytische soort. Het is in staat om organisch materiaal te ontbinden om eenvoudige koolstofverbindingen te produceren die het gebruikt in zijn voedsel.

De soort is alomtegenwoordig (het kan overal gevonden worden) en het is gebruikelijk om het in gesloten ruimtes, de grond of in verband met planten te vinden. Het groeit ook op brood en de sporen komen veel voor in het stof.

De sporen van P. chrysogenum ze kunnen ademhalingsallergieën en huidreacties veroorzaken. Het kan ook verschillende soorten gifstoffen produceren die mensen beïnvloeden.

Penicillineproductie

Het bekendste gebruik van de soort is de productie van penicilline. Dit antibioticum werd voor het eerst ontdekt door Alexander Fleming in 1928, hoewel hij het in principe identificeerde als P. rubrum.

Hoewel er andere soorten zijn penicillium in staat om penicilline te produceren, P. chrysogenum Het is de meest voorkomende. Het gebruik dat de voorkeur heeft in de farmaceutische industrie is te danken aan de hoge productie van het antibioticum.

reproduktie

Ze planten zich ongeslachtelijk voort door middel van conidia (aseksuele sporen) die voorkomen in conidioforen. Deze zijn rechtopstaand en dunwandig, met weinig phialides (cellen die conidia produceren).

Seksuele reproductie vindt plaats via ascosporen (seksuele sporen). Deze worden geproduceerd in dikwandige ascos (vruchtlichamen).

Ascospores (seksuele sporen) worden geproduceerd in ascos (vruchtlichamen). Dit zijn cleistothecium (afgerond) en hebben hun gesclerotiseerde wanden.

Productie van secundaire metabolieten

Secundaire metabolieten zijn organische verbindingen die worden geproduceerd door levende wezens die niet direct in hun metabolisme interveniëren. In het geval van schimmels helpen deze verbindingen hun identificatie. 

P. chrysogenum het wordt gekenmerkt door de productie van roquefortina C, meleagrina en penicilline. Deze combinatie van verbindingen vergemakkelijkt hun identificatie in het laboratorium. Bovendien produceert de schimmel andere gekleurde secundaire metabolieten. De xanthoxilines zijn de oorzaak van de gele kleur van het typische exsudaat van de soort.

Aan de andere kant kan het aflatoxinen produceren, dit zijn mycotoxinen die schadelijk zijn voor de mens. Deze gifstoffen tasten het leversysteem aan en kunnen leiden tot cirrose en leverkanker. De sporen van de schimmel besmetten verschillende voedingsmiddelen die, wanneer ze worden ingenomen, deze pathologie kunnen veroorzaken.

voeding

De soort is saprofytisch. Het heeft het vermogen om spijsverteringsenzymen te produceren die vrijkomen op organisch materiaal. Deze enzymen degraderen het substraat en breken complexe koolstofverbindingen af.

Vervolgens worden de eenvoudigste verbindingen vrijgegeven en kunnen deze door de hyfen worden geabsorbeerd. Voedingsstoffen die niet worden geconsumeerd, stapelen zich op als glycogeen.

Fylogenie en taxonomie

P. chrysogenum werd voor het eerst beschreven door Charles Thom in 1910. De soort heeft een synonymie (verschillende namen voor dezelfde soort)..

synoniemie

Fleming in 1929 identificeerde de penicilline-producerende soort als P. rubrum, vanwege de aanwezigheid van een rode kolonie. Vervolgens werd de soort toegewezen onder de naam van P. notatum.

In 1949 gaven de mycologen Raper en Thom dat aan P. notatum is synoniem met P. chrysogenum. In 1975 werd een overzicht van de groep verwante soorten gemaakt P. chrysogenum en voor deze naam werden veertien synoniemen voorgesteld.

Het grote aantal synoniemen voor deze soort hangt samen met de moeilijkheidsgraad van het vaststellen van diagnostische tekens. Men heeft begrepen dat variaties in het kweekmedium enkele karakteristieken beïnvloeden. Dit heeft geleid tot onjuiste identificaties van het taxon.

Het is interessant om op te merken dat voor prioriteitsprincipe (voornaam gepubliceerd) de naam voor het oudste taxon is P. griseoroseum, gepubliceerd in 1901. Niettemin, P. chrysogenum het blijft als een naam bewaard voor zijn brede gebruik.

Momenteel zijn de meest nauwkeurige tekens om de soort te identificeren de productie van secundaire metabolieten. De aanwezigheid van roquefortina C, penicilline en meleagrina, garandeert de juiste identificatie.

Huidige omschrijving

P. chrysogenum is beperkt tot de sectie Chrysogena van het geslacht penicillium. Dit geslacht bevindt zich in de familie Aspergilliaceae van de bestelling Eurotiales de los Ascomycota.

De Chrysogena-sectie wordt gekenmerkt door de aanwezigheid van terverticilados en conidioforen met vier verticalades. De phialides zijn klein en de kolonies zijn over het algemeen fluwelig. De soorten van deze groep zijn tolerant voor zout en produceren bijna allemaal penicilline.

13 soorten zijn gemeld voor de sectie, zijnde P. chrysogenum de soort. Deze sectie is een monofyletische groep en is een broer van de sectie Roquefortorum.

morfologie

Deze schimmel presenteert filamenteuze mycelia. De hyphae zijn septate, wat kenmerkend is voor de Ascomycota.

De conidioforen zijn terverticilados (met overvloedige vertakkingen). Dit zijn dunne en gladde wanden van 250-500 μm.

De metullas (takken van de conidiofoor) hebben gladde wanden en de fialiden zijn ampuliform (flesvormig), en vaak met dikke wanden.

De conidia zijn subglobose tot elliptisch, 2,5 - 3,5 μm in diameter en gladde wanden wanneer waargenomen met de optische microscoop. In de scanning elektronenmicroscoop zijn de wanden geknoopt.

leefgebied

P. chrysogenum Het is kosmopolitisch. De soort is gevonden in mariene wateren, maar ook in de bodem van natuurlijke bossen in gematigde of tropische gebieden.

Het is een mesofiele soort die kan groeien tussen 5 - 37 ° C, met een optimum bij 23 ° C. Bovendien is het xerofiel, dus het kan zich ontwikkelen in droge omgevingen. Aan de andere kant is het tolerant ten opzichte van het zoutgehalte.

Vanwege het vermogen om te groeien in verschillende omgevingsomstandigheden, is het gebruikelijk om het in binnenruimten te vinden. Het is onder meer gevonden in airconditioningsystemen, koelkasten en toiletten.

Het is een veel voorkomende schimmel als ziekteverwekker van fruitbomen zoals perziken, vijgen, citrusvruchten en guaves. Ook kan het granen en vlees besmetten. Het groeit ook op bewerkte voedingsmiddelen zoals brood en crackers.

reproduktie

in P. chrysogenum er is een overwicht van aseksuele reproductie. In meer dan 100 jaar van de studie van de schimmel, tot 2013 was seksuele voortplanting bij de soort niet bewezen.

Aseksuele voortplanting

Dit gebeurt door de productie van conidiën in conidioforen. De vorming van conidia is geassocieerd met de differentiatie van gespecialiseerde voortplantingscellen (phialides).

De productie van de conidiën begint wanneer een vegetatieve hypha de groei stopt en er een septum ontstaat. Dan begint dit gebied op te zwellen en wordt een reeks takken gevormd. De apicale cel van de takken verschilt in het fialid dat begint te delen door mitose om aanleiding te geven tot de conidia.

De conidia zijn voornamelijk verspreid door de wind. Wanneer de conidiosporen een gunstig milieu bereiken, ontkiemen ze en geven ze aanleiding tot het vegetatieve lichaam van de schimmel.

Seksuele reproductie

De studie van de seksuele fase in P. chrysogenum Het was niet gemakkelijk, omdat de kweekmedia die in het laboratorium worden gebruikt, de ontwikkeling van seksuele structuren niet bevorderen.

In 2013 slaagde de Duitse mycoloog Julia Böhm en haar medewerkers erin de seksuele voortplanting van de soort te stimuleren. Hiervoor plaatsten ze twee verschillende races op agar gecombineerd met havermout. De capsules werden onderworpen aan duisternis bij een temperatuur tussen 15 ° C en 27 ° C.

Na een incubatietijd van vijf weken tot drie maanden werd de vorming van cleistoceci (gesloten afgeronde ascos) waargenomen. Deze structuren werden gevormd in de contactzone tussen de twee races.

Dit experiment toonde dat in P. chrysogenum seksuele voortplanting is heterothal. Het is noodzakelijk om een ​​ascogonium (vrouwelijke structuur) en een anteridium (mannelijke structuur) van twee verschillende rassen te produceren.

Na de vorming van ascogonium en antheridium, fuseren de cytoplasma's (plasmogamie) en vervolgens de kernen (cariogamie). Deze cel komt meiose binnen en veroorzaakt ascosporen (seksuele sporen).

Cultuur media

De kolonies in de kweekmedia groeien zeer snel. Ze zijn fluweelachtig tot katoenachtig van uiterlijk, met witte mycelia aan de randen. De kolonies zijn blauwachtig groen en produceren een rijk, helder geel exsudaat. 

Fruitige aroma's zijn aanwezig in de koloniën, vergelijkbaar met ananas. In sommige rassen is de geur echter niet erg uitgesproken.

penicilline

Penicilline is het eerste antibioticum dat met succes in de geneeskunde is gebruikt. Dit werd bij toeval ontdekt door de Zweedse mycoloog Alexander Fleming in 1928.

De onderzoeker voerde een experiment uit met bacteriën van het geslacht Staphylococcus en het kweekmedium was verontreinigd met de schimmel. Fleming merkte op dat op de plaats waar de schimmel zich ontwikkelde, de bacteriën niet groeiden.

Penicillines zijn bèta-lactam-antibiotica en die van natuurlijke oorsprong worden ingedeeld in verschillende soorten op basis van hun chemische samenstelling. Deze werken voornamelijk op Gram-positieve bacteriën die de celwand aanvallen die voornamelijk bestaat uit peptidoglycaan.

Er zijn verschillende soorten penicillium in staat om penicilline te produceren, maar P. chrysogenum Het is degene met de hoogste productiviteit. De eerste commerciële penicilline werd geproduceerd in 1941 en al in 1943 kon deze op grote schaal worden geproduceerd.

Natuurlijke penicillines zijn niet effectief tegen sommige bacteriën die het penicilline-enzym produceren. Dit enzym heeft het vermogen om de chemische structuur van penicilline en inactief te vernietigen.

Het was echter mogelijk om semi-synthetische penicillines te produceren door de samenstelling van de bouillon te veranderen, waarbij de penicillium. Deze hebben het voordeel dat ze penicillineresistent zijn en daarom effectiever zijn tegen sommige pathogenen.

referenties

1. Böhm J, Hoff B, C O'Gorman, S Wolfers, Klix V, D Binger, I Zadra, H Kürnsteiner, Pöggoler S, P en U Kück Dyer (2013) Sexuele voortplanting en-mating-type stam gemedieerde ontwikkeling van penicilline producerende schimmel Penicillium chrysogenum. PNAS 110: 1476-1481.
2. Houbraken en RA Samson (2011) Fylogenie van penicillium en de segregatie van Trichocomaceae in drie families. Studies in Mycology 70: 1-51.
3. Henk DA, CE Eagle, K Brown, MA Van den Berg, PS Dyer, SW Peterson en MC Fisher (2011) Speciatie ondanks globaal overlappende distributies in Penicillium chrysogenum: de populatiegenetica van de gelukkige schimmel van Alexander Fleming. Molecular Ecology 20: 4288-4301.
4. Kozakiewicz Z, JC Frisvad, DL Hawksworth, JI Pitt, Samson RA, AC Stolk (1992) Voorstellen voor payroll specifica conservanda en rejicienda in aspergillus en penicillium (fungus). Taxon 41: 109-113.
5. Ledermann W (2006) De geschiedenis van penicilline en de productie ervan in Chili. Eerwaarde Chil. Infecteren. 23: 172-176.
6. Roncal, T en U Ugalde (2003) Conidiatie-inductie in penicillium. Onderzoek in de microbiologie. 154: 539-546.