PENICILLIUM CHRYSOGENUM: CHARAKTERISTIKA, MORFOLOGIE, LOKALITA - BIOLOGIE - 2025

Penicillium chrysogenum je druh houby, která se nejčastěji používá při výrobě penicilinu. Druh je v rodu Penicillium z čeledi Aspergilliaceae z Ascomycota.

Vyznačuje se vláknitou houbou se septální hyfou. Když se pěstuje v laboratoři, její kolonie rychle rostou. Jsou sametově až bavlněného vzhledu a modrozelené barvy.

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

Obecné vlastnosti

P. chrysogenum je saprofytický druh. Je schopen rozkládat organickou hmotu a vytvářet jednoduché sloučeniny uhlíku, které používá ve své stravě.

Druh je všudypřítomný (lze jej najít kdekoli) a je běžné, že jej najdete v uzavřených prostorech, na zemi nebo ve spojení s rostlinami. Roste také na chlebu a jeho spory jsou běžné v prachu.

Spóry P. chrysogenum mohou způsobit respirační alergie a kožní reakce. Může také produkovat různé typy toxinů, které ovlivňují člověka.

Produkce penicilinu

Nejznámějším využitím tohoto druhu je produkce penicilinu. Toto antibiotikum objevil poprvé Alexander Fleming v roce 1928, ačkoli ho zpočátku identifikoval jako P. rubrum.

Přestože existují další druhy Penicillium schopné produkovat penicilin, nejběžnější je P. chrysogenum. Jeho přednostní použití ve farmaceutickém průmyslu je způsobeno vysokou produkcí antibiotika.

Reprodukce

Reprodukují se asexuálně pomocí konidií (asexuálních spór), které se produkují v konidioforech. Jsou to vztyčené a tenkostěnné, s několika fialidy (buňky produkující konidia).

K sexuální reprodukci dochází prostřednictvím ascospor (sexuální spory). Vyskytují se v tlustých stěnách (plodnice).

Ascospory (sexuální spory) se produkují v asci (plodnice). Jedná se o typ cleistothecium (zaoblený) a mají sklerotické stěny.

Produkce sekundárních metabolitů

Sekundární metabolity jsou organické sloučeniny produkované živými bytostmi, které přímo nezasahují do jejich metabolismu. V případě plísní tyto sloučeniny pomáhají identifikovat je.

P. chrysogenum je charakterizován produkcí roquefortinu C, meleagrinu a penicilinu. Tato kombinace sloučenin usnadňuje jejich identifikaci v laboratoři. Kromě toho houba produkuje další barevné sekundární metabolity. Xanthoxiliny jsou zodpovědné za žlutou barvu exsudátu typického pro daný druh.

Na druhé straně může produkovat aflatoxiny, což jsou mykotoxiny škodlivé pro člověka. Tyto toxiny napadají jaterní systém a mohou vést k cirhóze a rakovině jater. Spóry houby kontaminují různé potraviny, které při požití mohou způsobit tuto patologii.

Výživa

Druh je saprofytický. Má schopnost produkovat trávicí enzymy, které se uvolňují v organické hmotě. Tyto enzymy degradují substrát a rozkládají komplexní sloučeniny uhlíku.

Později se uvolňují jednodušší sloučeniny a mohou být absorbovány hyfami. Živiny, které nejsou spotřebovány, se hromadí jako glykogen.

Fylogeneze a taxonomie

P. chrysogenum byl poprvé popsán Charlesem Thomem v roce 1910. Druh má rozsáhlou synonymii (různá jména pro stejný druh).

Synonymie

Fleming v roce 1929 identifikoval druh produkující penicilin jako P. rubrum, kvůli přítomnosti červené kolonie. Později byl druh přidělen pod jménem P. notatum.

V roce 1949 mykologové Raper a Thom uvedli, že P. notatum je synonymem pro P. chrysogenum. V roce 1975 byla provedena revize skupiny druhů souvisejících s P. chrysogenum a pro toto jméno bylo navrženo čtrnáct synonym.

Velký počet synonym pro tento druh souvisí s obtížemi stanovování diagnostických znaků. Bylo oceněno, že variace v kultivačním médiu ovlivňují některé vlastnosti. To vedlo k nesprávné identifikaci taxonu.

Je zajímavé poznamenat, že v zásadě priority (první zveřejněné jméno) je nejstarším taxonem P. griseoroseum, zveřejněné v roce 1901. Avšak P. chrysogenum zůstává díky svému širokému použití konzervovaným názvem.

V současné době je nejpřesnější charakteristikou pro identifikaci druhu produkce sekundárních metabolitů. Přítomnost roquefortinu C, penicilinu a meleagrinu zaručuje správnou identifikaci.

Aktuální volební obvod

P. chrysogenum je ohraničena v části Chrysogena rodu Penicillium. Tento rod se nachází v čeledi Aspergilliaceae řádu Eurotiales v Ascomycotě.

Sekce Chrysogena se vyznačuje terverticylovanými a čtyřnohými konidiofory. Fialidy jsou malé a kolonie obecně sametové. Druhy v této skupině jsou tolerantní vůči slanosti a téměř všechny produkují penicilin.

Pro tuto sekci bylo identifikováno 13 druhů, přičemž typem je P. chrysogenum. Tato sekce je monofylická skupina a je bratrem sekce Roquefortorum.

Morfologie

Tato houba má vláknité mycelium. Hyphae jsou septate, který je charakteristický pro Ascomycota.

Conidiophores jsou terverticylated (s hojným větvením). Jsou tenké a hladké, měří 250-500 um.

Metuly (větve conidiophore) mají hladké stěny a fialidy jsou ampuliformní (ve tvaru láhve) a často se silnými stěnami.

Konidie jsou subglobální až eliptické, mají průměr 2,5 až 3,5 um a při pohledu světelným mikroskopem jsou hladké. V rastrovacím elektronovém mikroskopu jsou stěny tuberkulovány.

Místo výskytu

P. chrysogenum je kosmopolitní. Bylo zjištěno, že tento druh roste v mořských vodách i na dně přírodních lesů v mírných nebo tropických zónách.

Je to mezofilní druh, který může růst mezi 5 - 37 ° C, s jeho optimem při 23 ° C. Kromě toho je xerofilní, takže se může vyvíjet v suchém prostředí. Na druhé straně je tolerantní vůči slanosti.

Vzhledem ke schopnosti růstu v různých podmínkách prostředí je běžné, že se nachází uvnitř. Byl nalezen mimo jiné v klimatizacích, chladničkách a sanitárních systémech.

Jedná se o častou houbu jako patogen ovocných stromů, jako jsou broskve, fíky, citrusové plody a guavy. Rovněž může kontaminovat zrna a maso. Roste také na zpracovaných potravinách, jako je chleba a sušenky.

Reprodukce

V P. chrysogenum převládá asexuální reprodukce. Ve více než 100 letech studia houby nebyla sexuální reprodukce u tohoto druhu do roku 2013 ověřena.

Nepohlavní reprodukce

K tomu dochází prostřednictvím produkce konidií v konidioforech. Tvorba konidií je spojena s diferenciací specializovaných reprodukčních buněk (fialidů).

Produkce konidií začíná, když vegetativní hypha přestane růst a vytvoří se septum. Pak se tato oblast začne zvětšovat a vytvoří se řada větví. Apikální buňka větví se diferencuje na phialid, který se začíná dělit mitózou, aby vznikl konidie.

Konidia jsou hlavně rozptýleny větrem. Když konidiospory dosáhnou příznivého prostředí, klíčí a vedou ke vzniku vegetativního těla houby.

Sexuální reprodukce

Studium sexuální fáze u P. chrysogenum nebylo snadné, protože kultivační média použitá v laboratoři nepodporují rozvoj sexuálních struktur.

V roce 2013 se německé mykologové Julii Böhmové a spolupracovníkům podařilo stimulovat sexuální reprodukci u tohoto druhu. Za tímto účelem umístili na agar dva různé rasy kombinované s ovesnou kaší. Tobolky byly vystaveny tmě při teplotě mezi 15 ° C až 27 ° C.

Po inkubační době mezi pěti týdny a třemi měsíci byla pozorována tvorba cleistocecie (uzavřená kulatá asci). Tyto struktury byly vytvořeny v kontaktní zóně mezi oběma rasami.

Tento experiment prokázal, že sexuální reprodukce v P. chrysogenum je heterothalická. Je nutné vyrobit ascogonium (ženská struktura) a antheridium (mužská struktura) dvou různých ras.

Po vytvoření ascogonia a antheridia se cytoplazmy (plazmogamy) a poté jádra (karyogamy) fúzují. Tato buňka vstupuje do meiózy a vede ke vzniku askospor (sexuální spory).

Kulturní média

Kolonie na kultivačních médiích rostou velmi rychle. Jsou sametově až bavlněného vzhledu, s okraji na okraji bílého mycelia. Kolonie jsou modrozelené barvy a produkují hojně zářivě žlutý exsudát.

Ovocné aroma se objevuje v koloniích podobně jako ananas. U některých plemen však vůně není příliš silná.

Penicilin

Penicilin je první antibiotikum, které bylo úspěšně použito v medicíně. Toto bylo náhodou objeveno švédským mykologem Alexanderem Flemingem v roce 1928.

Výzkumník prováděl experiment s bakteriemi rodu Staphylococcus a kultivační médium bylo kontaminováno houbou. Fleming poznamenal, že tam, kde se houba vyvinula, bakterie nerostly.

Peniciliny jsou betalaktamová antibiotika a antibiotika přírodního původu jsou rozdělena do několika typů podle jejich chemického složení. Působí hlavně na grampozitivní bakterie napadající jejich buněčnou stěnu složenou převážně z peptidoglykanu.

Existuje několik druhů Penicillium schopných produkovat penicilin, ale P. chrysogenum je ten s nejvyšší produktivitou. První komerční penicilin byl vyroben v roce 1941 a již v roce 1943 se podařilo vyrobit ve velkém měřítku.

Přírodní peniciliny nejsou účinné proti některým bakteriím, které produkují enzym penicellase. Tento enzym má schopnost zničit chemickou strukturu penicilinu a inaktivovat ji.

Bylo však možné vyrobit polosyntetické peniciliny změnou složení vývaru, kde se pěstuje Penicillium. Ty mají výhodu v tom, že jsou odolné penicelózy, a proto jsou účinnější proti některým patogenům.

Reference

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) Sexuální reprodukce a páření zprostředkovaný vývoj kmene v penicilinu - produkující houbu Penicillium chrysogenum. PNAS 110: 1476-1481.
2. Houbraken a RA Samson (2011) Phylogeny of Penicillium a segregace Trichocomaceae do tří rodin. Studies in Mycology 70: 1-51.
3. Henk DA, CE Eagle, K Brown, MA Van den Berg, PS Dyer, SW Peterson a MC Fisher (2011) Spekulace i přes globálně se překrývající distribuce v Penicillium chrysogenum: genetika populace šťastné houby Alexandra Fleminga. Molecular Ecology 20: 4288-4301.
4. Kozakiewicz Z, JC Frisvad, DL Hawksworth, JI Pitt, RA Samson, AC Stolk (1992) Návrhy na nomina specifica conservanda a rejicienda v Aspergillus a Penicillium (Fungi). Taxon 41: 109-113.
5. Ledermann W (2006) Historie penicilinu a jeho výroba v Chile. Chil. Infikovat. 23: 172-176.
6. Roncal, T a U Ugalde (2003) Indukce přivádění v Penicillium. Výzkum v mikrobiologii. 154: 539-546.