PENICILLIUM CHRYSOGENUM: CHARAKTERISTIKA, MORFOLÓGIA, LOKALITA - BIOLÓGIE - 2026

Penicillium chrysogenum je druh huby, ktorá sa najčastejšie používa pri výrobe penicilínu. Tento druh patrí do rodu Penicillium z čeľade Aspergilliaceae z Ascomycota.

Vyznačuje sa tým, že ide o vláknitú huba so septovými hýfami. Keď sa pestuje v laboratóriu, jeho kolónie rýchlo rastú. Majú zamatový až vatový vzhľad a modrozelenú farbu.

Penicillium chrysogenum, syn. Penicillium notatum. Crulina 98, z Wikimedia Commons

Všeobecné charakteristiky

P. chrysogenum je saprofytický druh. Je schopný rozložiť organickú hmotu a vytvárať jednoduché zlúčeniny uhlíka, ktoré používa vo svojej strave.

Druh je všadeprítomný (možno ho nájsť kdekoľvek) a je bežné ho nájsť v uzavretých priestoroch, na zemi alebo v spojení s rastlinami. Rastie tiež na chlebe a jeho spóry sú bežné v prachu.

Spóry P. chrysogenum môžu spôsobiť respiračné alergie a kožné reakcie. Môže tiež produkovať rôzne typy toxínov, ktoré ovplyvňujú ľudí.

Výroba penicilínu

Najznámejším použitím tohto druhu je výroba penicilínu. Toto antibiotikum objavil prvýkrát Alexander Fleming v roku 1928, hoci ho pôvodne identifikoval ako P. rubrum.

Aj keď existujú ďalšie druhy Penicillium schopné produkovať penicilín, najbežnejším je P. chrysogenum. Jeho prednostné použitie vo farmaceutickom priemysle je dôsledkom vysokej produkcie antibiotika.

rozmnožovanie

Reprodukujú sa asexuálne pomocou konídií (asexuálnych spór), ktoré sa produkujú v konidioforoch. Sú vzpriamené a tenkostenné, s niekoľkými fialidmi (bunky produkujúce konídie).

K sexuálnej reprodukcii dochádza prostredníctvom askozór (sexuálne spory). Vyskytujú sa v hrubých stenách (plodnice).

Ascopory (sexuálne spory) sa vyrábajú v asci (plodnice). Jedná sa o typ cleistothecium (zaoblený) a majú sklerotické steny.

Produkcia sekundárnych metabolitov

Sekundárne metabolity sú organické zlúčeniny produkované živými bytosťami, ktoré priamo nezasahujú do ich metabolizmu. V prípade húb tieto zlúčeniny pomáhajú identifikovať ich.

P. chrysogenum sa vyznačuje výrobou roquefortínu C, meleagrínu a penicilínu. Táto kombinácia zlúčenín uľahčuje ich identifikáciu v laboratóriu. Okrem toho huba produkuje ďalšie farebné sekundárne metabolity. Xanthoxilíny sú zodpovedné za žltú farbu exsudátu typického pre tento druh.

Na druhej strane môže produkovať aflatoxíny, ktoré sú mykotoxíny škodlivé pre človeka. Tieto toxíny útočia na pečeňový systém a môžu viesť k cirhóze a rakovine pečene. Spóry huby kontaminujú rôzne potraviny, ktoré po požití môžu spôsobiť túto patológiu.

Výživa

Tento druh je saprofytický. Má schopnosť produkovať tráviace enzýmy, ktoré sa uvoľňujú v organických látkach. Tieto enzýmy degradujú substrát a rozkladajú komplexné zlúčeniny uhlíka.

Neskôr sa jednoduchšie zlúčeniny uvoľnia a môžu byť absorbované hyfami. Živiny, ktoré sa nekonzumujú, sa akumulujú ako glykogén.

Fylogenéza a taxonómia

P. chrysogenum prvýkrát opísal Charles Thom v roku 1910. Tento druh má rozsiahlu synonymá (rôzne názvy pre ten istý druh).

synonymami

Fleming v roku 1929 identifikoval druh produkujúci penicilín ako P. rubrum, kvôli prítomnosti červenej kolónie. Neskôr bol druh pridelený pod menom P. notatum.

V roku 1949 mykológovia Raper a Thom uviedli, že P. notatum je synonymom P. chrysogenum. V roku 1975 bola vykonaná revízia skupiny druhov príbuzných s P. chrysogenum a pre tento názov bolo navrhnutých štrnásť synoným.

Veľký počet synoným pre tento druh súvisí s ťažkosťami pri určovaní diagnostických znakov. Bolo ocenené, že variácie v kultivačnom médiu ovplyvňujú niektoré charakteristiky. To viedlo k nesprávnej identifikácii taxónu.

Je zaujímavé poznamenať, že podľa princípu priority (prvé zverejnené meno) je meno najstaršieho taxónu P. griseoroseum, uverejnené v roku 1901. Avšak P. chrysogenum zostáva kvôli svojmu širokému použitiu konzervovaným menom.

V súčasnosti je najpresnejšou charakteristikou na identifikáciu druhu produkcia sekundárnych metabolitov. Prítomnosť roquefortínu C, penicilínu a meleagrínu zaručuje správnu identifikáciu.

Súčasný volebný obvod

P. chrysogenum je ohraničený v časti Chrysogena rodu Penicillium. Tento rod sa nachádza v rodine Aspergilliaceae z radu Eurcomiales z Ascomycota.

Úsek Chrysogena je charakterizovaný terverticyklovanými a štvorkorodými konidioformi. Fialidy sú malé a kolónie sú väčšinou zamatové. Druhy v tejto skupine znášajú slanosť a takmer všetky produkujú penicilín.

V tejto časti bolo identifikovaných 13 druhov, pričom typom je P. chrysogenum. Táto sekcia je monofyletická skupina a je bratom sekcie Roquefortorum.

morfológia

Táto huba má vláknité mycélium. Hýfy sú septum, čo je charakteristické pre Ascomycotu.

Konidiofory sú terverticyklované (s hojným vetvením). Sú tenké a hladké, s rozmermi 250 - 500 um.

Metuly (vetvy conidiophore) majú hladké steny a fialidy sú ampuliformné (v tvare fľaše) a sú často hrubé.

Konídie sú subglobózne až eliptické, majú priemer 2,5 až 3,5 um a pri pohľade svetelným mikroskopom sú hladké. V skenovacom elektrónovom mikroskope sú steny tuberkulované.

habitat

P. chrysogenum je kozmopolitný. Zistilo sa, že tento druh rastie v morských vodách, ako aj na dne prírodných lesov v miernych alebo tropických zónach.

Je to mezofilný druh, ktorý môže rásť medzi 5 - 37 ° C, s optimom pri 23 ° C. Okrem toho je xerofilný, takže sa môže vyvíjať v suchom prostredí. Na druhej strane je tolerantný voči slanosti.

Kvôli schopnosti rásť v rôznych podmienkach prostredia je bežné, že sa nachádzajú v interiéri. Zistilo sa to okrem iného v klimatizácii, chladničkách a sanitárnych systémoch.

Je to častá huba ako patogén ovocných stromov, ako sú broskyne, figy, citrusové plody a guajavy. Rovnako môže kontaminovať zrná a mäso. Rastie tiež na spracovaných potravinách, ako je chlieb a sušienky.

rozmnožovanie

V P. chrysogenum prevláda nepohlavná reprodukcia. Vo viac ako 100 rokoch štúdia huby nebola do roku 2013 overená sexuálna reprodukcia tohto druhu.

Nepohlavné rozmnožovanie

K tomu dochádza produkciou konídií v konidioforoch. Tvorba konídií je spojená s diferenciáciou špecializovaných reprodukčných buniek (fialidov).

Výroba konídií sa začína, keď vegetatívna hypha prestane rásť a vytvorí sa septum. Potom sa táto oblasť začne zväčšovať a vytvorí sa séria pobočiek. Apikálna bunka vetiev sa diferencuje na phialid, ktorý sa začína deliť mitózou, aby vznikli konídie.

Konídie sú rozptýlené hlavne vetrom. Keď konídiopory dosiahnu priaznivé prostredie, klíčia a vedú k vegetatívnemu telu huby.

Sexuálna reprodukcia

Štúdium sexuálnej fázy v P. chrysogenum nebolo ľahké, pretože kultivačné médiá použité v laboratóriu nepodporujú rozvoj sexuálnych štruktúr.

V roku 2013 sa nemeckej mykológke Julii Böhm a spolupracovníkom podarilo stimulovať sexuálnu reprodukciu tohto druhu. Za týmto účelom umiestnili na agar dva rôzne rasy kombinované s ovsenou múčkou. Kapsuly boli vystavené tme pri teplote medzi 15 ° C až 27 ° C.

Po inkubačnej dobe medzi piatimi a tromi mesiacmi bola pozorovaná tvorba cleistocecie (uzavretá okrúhla asci). Tieto štruktúry boli vytvorené v kontaktnej zóne medzi dvoma rasami.

Tento experiment preukázal, že sexuálna reprodukcia v P. chrysogenum je heterotalická. Je potrebné vyrobiť azcogonium (ženská štruktúra) a antheridium (mužská štruktúra) dvoch rôznych rás.

Po vytvorení ascogonium a antheridium sa cytoplazmy (plazmogamy) a potom jadrá (karyogamy) fúzujú. Táto bunka vstupuje do meiózy a vyvoláva askozóry (sexuálne spory).

Kultivačné médiá

Kolónie na kultivačných médiách rastú veľmi rýchlo. Vyzerajú zamatovo až bavlne, s okrajom bieleho mycélia. Kolónie sú modrasto-zelenej farby a vytvárajú hojný, jasne žltý exsudát.

V kolóniách sa vyskytujú ovocné arómy podobné ananásu. U niektorých plemien však vôňa nie je príliš silná.

penicilín

Penicilín je prvé antibiotikum, ktoré sa v medicíne úspešne používa. Náhodou to objavil švédsky mykológ Alexander Fleming v roku 1928.

Výskumník vykonával experiment s baktériami rodu Staphylococcus a kultivačné médium bolo kontaminované hubou. Fleming poznamenal, že v prípade vzniku huby baktérie nerástli.

Penicilíny sú betalaktámové antibiotiká a antibiotiká prírodného pôvodu sú rozdelené do niekoľkých typov podľa ich chemického zloženia. Pôsobia hlavne na grampozitívne baktérie útočiace na ich bunkovú stenu zloženú hlavne z peptidoglykánu.

Existuje niekoľko druhov Penicillium schopných produkovať penicilín, ale P. chrysogenum je ten s najvyššou produktivitou. Prvý komerčný penicilín bol vyrobený v roku 1941 a už v roku 1943 sa ho podarilo vyrobiť vo veľkom meradle.

Prírodné penicilíny nie sú účinné proti niektorým baktériám, ktoré produkujú enzým peniceláza. Tento enzým má schopnosť zničiť chemickú štruktúru penicilínu a inaktivovať ho.

Bolo však možné vyrobiť polosyntetické penicilíny zmenou zloženia vývaru, v ktorom sa pestuje penicilium. Tieto majú výhodu v tom, že sú odolné voči peniceláze, a preto sú účinnejšie proti niektorým patogénom.

Referencie

1. Böhm J, B Hoff, CO´Gorman, S Wolfer, V Klix, D Binger, I Zadra, H Kürnsteiner, S Pöggoler, P Dyer a U Kück (2013) Sexuálna reprodukcia a vývoj párenia sprostredkovaný párením v penicilíne produkujúca huba Penicillium chrysogenum. PNAS 110: 1476-1481.
2. Houbraken a RA Samson (2011) Phylogeny of Penicillium a segregácia Trichocomaceae do troch rodín. Studies in Mycology 70: 1-51.
3. Henk DA, CE Eagle, K Brown, MA. Molecular Ecology 20: 4288-4301.
4. Kozakiewicz Z, JC Frisvad, DL Hawksworth, JI Pitt, RA Samson, AC Stolk (1992). Taxón 41: 109-113.
5. Ledermann W (2006) História penicilínu a jeho výroba v Čile. Chil. Infect. 23: 172-176.
6. Roncal, T a U Ugalde (2003) Indukcia zmierenia v Penicillium. Výskum v mikrobiológii. 154: 539 - 546.