PENICILLIUM CHRYSOGENUM: CHARAKTERYSTYKA, MORFOLOGIA, SIEDLISKO - BIOLOGIA - 2026

Penicillium chrysogenum to gatunek grzyba najczęściej wykorzystywany do produkcji penicyliny. Gatunek należy do rodzaju Penicillium z rodziny Ascomycota z rodziny Aspergilliaceae.

Charakteryzuje się tym, że jest grzybem nitkowatym z przegrodowymi strzępkami. Kiedy rośnie w laboratorium, jego kolonie szybko rosną. Mają wygląd aksamitny do bawełny i niebieskawo-zielonego koloru.

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

Charakterystyka ogólna

P. chrysogenum jest gatunkiem saprofitycznym. Jest w stanie rozkładać materię organiczną do produkcji prostych związków węgla, które wykorzystuje w swojej diecie.

Gatunek jest wszechobecny (można go znaleźć wszędzie) i często można go spotkać w przestrzeniach zamkniętych, gruncie lub w połączeniu z roślinami. Rośnie również na chlebie, a jego zarodniki są powszechne w kurzu.

Zarodniki P. chrysogenum mogą powodować alergie układu oddechowego i reakcje skórne. Może również wytwarzać różne rodzaje toksyn, które mają wpływ na ludzi.

Produkcja penicyliny

Najbardziej znanym zastosowaniem tego gatunku jest produkcja penicyliny. Ten antybiotyk został po raz pierwszy odkryty przez Aleksandra Fleminga w 1928 roku, chociaż początkowo zidentyfikował go jako P. rubrum.

Chociaż istnieją inne gatunki Penicillium zdolne do wytwarzania penicyliny, najczęściej występuje P. chrysogenum. Jego preferencyjne zastosowanie w przemyśle farmaceutycznym wynika z wysokiej produkcji antybiotyku.

Reprodukcja

Rozmnażają się bezpłciowo za pomocą konidiów (zarodników bezpłciowych), które są wytwarzane w konidioforach. Są wyprostowane i cienkościenne, z kilkoma fialidami (komórki produkujące konidia).

Rozmnażanie płciowe następuje przez askospory (zarodniki płciowe). Występują one w grubościennych asci (owocnikach).

Askospory (zarodniki płciowe) powstają w worku (owocnikach). Są typu cleistothecium (zaokrąglone) i mają ścianki sklerotyczne.

Produkcja metabolitów wtórnych

Metabolity wtórne to związki organiczne wytwarzane przez żywe istoty, które nie wpływają bezpośrednio na ich metabolizm. W przypadku grzybów związki te pomagają je zidentyfikować.

P. chrysogenum charakteryzuje się produkcją roquefortyny C, meleagryny i penicyliny. Taka kombinacja związków ułatwia ich identyfikację w laboratorium. Ponadto grzyb wytwarza inne kolorowe metabolity wtórne. Ksantoksyliny są odpowiedzialne za typowy dla tego gatunku żółty kolor wysięku.

Z drugiej strony może wytwarzać aflatoksyny, które są mikotoksynami szkodliwymi dla ludzi. Te toksyny atakują układ wątroby i mogą prowadzić do marskości i raka wątroby. Zarodniki grzyba zanieczyszczają różne pokarmy, które po spożyciu mogą powodować tę patologię.

Odżywianie

Gatunek jest saprofityczny. Ma zdolność wytwarzania enzymów trawiennych, które są uwalniane w materii organicznej. Enzymy te degradują substrat, rozkładając złożone związki węgla.

Później prostsze związki są uwalniane i mogą być wchłaniane przez strzępki. Składniki odżywcze, które nie są spożywane, gromadzą się w postaci glikogenu.

Filogeneza i taksonomia

P. chrysogenum został po raz pierwszy opisany przez Charlesa Thoma w 1910 r. Gatunek ten ma rozległą synonimię (różne nazwy dla tego samego gatunku).

Synonimia

Fleming w 1929 zidentyfikował gatunek produkujący penicylinę jako P. rubrum, ze względu na obecność czerwonej kolonii. Później gatunek ten nadano pod nazwą P. notatum.

W 1949 mikolodzy Raper i Thom wskazali, że P. notatum jest synonimem P. chrysogenum. W 1975 roku dokonano rewizji grupy gatunków spokrewnionych z P. chrysogenum i zaproponowano czternaście synonimów dla tej nazwy.

Duża liczba synonimów tego gatunku wiąże się z trudnością ustalenia cech diagnostycznych. Doceniono, że różnice w pożywce hodowlanej wpływają na niektóre cechy. Doprowadziło to do błędnej identyfikacji taksonu.

Warto zauważyć, że zgodnie z zasadą pierwszeństwa (pierwsza opublikowana nazwa) najstarszym taksonem jest P. griseoroseum, opublikowana w 1901 r. P. chrysogenum pozostaje jednak nazwą konserwowaną ze względu na jej szerokie zastosowanie.

Obecnie najdokładniejszą charakterystyką identyfikacji gatunku jest produkcja metabolitów wtórnych. Obecność roquefortinu C, penicyliny i meleagryny gwarantuje prawidłową identyfikację.

Obecny okręg wyborczy

P. chrysogenum należy do sekcji Chrysogena z rodzaju Penicillium. Ten rodzaj znajduje się w rodzinie Aspergilliaceae z rzędu Eurotiales z Ascomycota.

Odcinek Chrysogena charakteryzuje się terwerticylowanymi i czteroramiennymi konidioforami. Fialidy są małe, a kolonie generalnie aksamitne. Gatunki z tej grupy są odporne na zasolenie i prawie wszystkie wytwarzają penicylinę.

Na odcinku zidentyfikowano 13 gatunków, w tym P. chrysogenum jako gatunek typowy. Ta sekcja jest grupą monofiletyczną i jest bratem sekcji Roquefortorum.

Morfologia

Ten grzyb ma nitkowatą grzybnię. Strzępki są podzielone, co jest charakterystyczne dla Ascomycota.

Konidiofory są terverticylowane (z obfitymi rozgałęzieniami). Są cienkie i gładkościenne o wymiarach 250-500 µm.

Metules (gałęzie konidioforu) mają gładkie ściany, a fialidy są ampułkowate (w kształcie butelki) i często o grubych ścianach.

Konidia są od kulistych do eliptycznych, o średnicy 2,5-3,5 µm i mają gładkie ścianki, gdy są oglądane pod mikroskopem świetlnym. W skaningowym mikroskopie elektronowym ściany są gruźlicy.

Siedlisko

P. chrysogenum jest kosmopolityczny. Gatunek ten występuje w wodach morskich, a także na dnie lasów naturalnych w strefie umiarkowanej lub tropikalnej.

Jest to gatunek mezofilny, który może rosnąć w temperaturze 5-37 ° C, a jego optimum przypada na 23 ° C. Ponadto jest kserofilna, więc może rozwijać się w suchym środowisku. Z drugiej strony toleruje zasolenie.

Ze względu na możliwość wzrostu w różnych warunkach środowiskowych często można go spotkać w pomieszczeniach. Znalazł się m.in.w klimatyzacji, lodówkach i instalacjach sanitarnych.

Jest częstym grzybem jako patogen drzew owocowych, takich jak brzoskwinie, figi, owoce cytrusowe i guawa. Podobnie może zanieczyścić zboża i mięso. Rośnie również na przetworzonej żywności, takiej jak pieczywo i ciastka.

Reprodukcja

W P. chrysogenum dominuje rozmnażanie bezpłciowe. W ciągu ponad 100 lat badań grzyba do 2013 roku nie zweryfikowano rozmnażania płciowego u gatunku.

Rozmnażanie bezpłciowe

Dzieje się to poprzez produkcję konidiów w konidioforach. Tworzenie konidiów wiąże się z różnicowaniem wyspecjalizowanych komórek rozrodczych (fialid).

Produkcja konidiów rozpoczyna się, gdy wegetatywna strzępka przestaje rosnąć i tworzy się przegroda. Następnie obszar ten zaczyna puchnąć i tworzy się seria gałęzi. Wierzchołkowa komórka gałęzi różnicuje się w fialidę, która zaczyna się dzielić przez mitozę, dając początek konidiom.

Konidia są głównie rozproszone przez wiatr. Kiedy konidiospory dotrą do sprzyjającego środowiska, kiełkują i powodują powstanie wegetatywnego ciała grzyba.

Rozmnażanie płciowe

Badanie fazy płciowej u P. chrysogenum nie było łatwe, ponieważ pożywki hodowlane stosowane w laboratorium nie sprzyjają rozwojowi struktur płciowych.

W 2013 roku niemiecka mikolog Julia Böhm i współpracownicy zdołali pobudzić rozmnażanie płciowe tego gatunku. W tym celu umieścili dwie różne rasy na agarze połączonym z płatkami owsianymi. Kapsułki wystawiano na działanie ciemności w temperaturze od 15 ° C do 27 ° C.

Po okresie inkubacji od pięciu tygodni do trzech miesięcy zaobserwowano tworzenie się cleistocecia (zamknięte zaokrąglone worki). Struktury te powstały w strefie kontaktu obu ras.

Ten eksperyment wykazał, że rozmnażanie płciowe u P. chrysogenum jest heterotaliczne. Konieczna jest produkcja ascogonium (struktura żeńska) i antheridium (struktura męska) dwóch różnych ras.

Po utworzeniu się askogonium i antheridium, cytoplazmy (plazmogamia), a następnie jądra (kariogamia) łączą się. Ta komórka wchodzi w mejozę i daje początek askosporom (zarodnikom płciowym).

Media kulturowe

Kolonie na pożywkach hodowlanych rosną bardzo szybko. Są z wyglądu od aksamitnego do bawełnianego, z białą grzybnią na brzegach. Kolonie są koloru niebieskawo-zielonego i wytwarzają obfity, jasnożółty wysięk.

W koloniach pojawiają się owocowe aromaty podobne do aromatu ananasa. Jednak u niektórych ras zapach nie jest zbyt silny.

Penicylina

Penicylina jest pierwszym antybiotykiem, który został z powodzeniem zastosowany w medycynie. Zostało to odkryte przypadkowo przez szwedzkiego mikologa Alexandra Fleminga w 1928 roku.

Badacz prowadził eksperyment z bakteriami z rodzaju Staphylococcus i pożywka była zanieczyszczona grzybem. Fleming zauważył, że tam, gdzie rozwijał się grzyb, bakterie nie rosły.

Penicyliny są antybiotykami betalaktamicznymi, a te pochodzenia naturalnego dzieli się na kilka typów ze względu na ich skład chemiczny. Działają one głównie na bakterie Gram-dodatnie atakujące ich ściany komórkowe złożone głównie z peptydoglikanu.

Istnieje kilka gatunków Penicillium zdolnych do wytwarzania penicyliny, ale P. chrysogenum jest tym o największej produktywności. Pierwsza komercyjna penicylina została wyprodukowana w 1941 roku i już w 1943 roku udało się ją wyprodukować na dużą skalę.

Naturalne penicyliny nie są skuteczne przeciwko niektórym bakteriom wytwarzającym enzym penicelazę. Enzym ten ma zdolność niszczenia struktury chemicznej penicyliny i jej inaktywacji.

Jednak możliwe było wyprodukowanie półsyntetycznych penicylin poprzez zmianę składu bulionu, w którym rośnie Penicillium. Mają one tę zaletę, że są odpornymi na penicelazę, dlatego są bardziej skuteczne przeciwko niektórym patogenom.

Bibliografia

1. Böhm J, B Hoff, CO´Gorman, S Wolfer, V Klix, D Binger, I Zadra, H Kürnsteiner, S Pöggoler, P Dyer i U Kück (2013) Rozmnażanie płciowe i rozwój szczepów zależny od typu kojarzenia w penicylinie- produkująca grzyby Penicillium chrysogenum. PNAS 110: 1476-1481.
2. Houbraken i RA Samson (2011) Filogeneza Penicillium i segregacja Trichocomaceae na trzy rodziny. Studies in Mycology 70: 1-51.
3. Henk DA, CE Eagle, K Brown, MA Van den Berg, PS Dyer, SW Peterson i MC Fisher (2011) Speciation pomimo globalnie pokrywających się dystrybucji w Penicillium chrysogenum: genetyka populacji szczęśliwego grzyba Aleksandra Fleminga. Molecular Ecology 20: 4288–4301.
4. Kozakiewicz Z, JC Frisvad, DL Hawksworth, JI Pitt, RA Samson, AC Stolk (1992) Propozycje dla nomina specifica conservanda i rejicienda in Aspergillus and Penicillium (Fungi). Taxon 41: 109-113.
5. Ledermann W (2006) Historia penicyliny i jej produkcja w Chile. Rev. Chil. Infekować. 23: 172-176.
6. Roncal, T i U Ugalde (2003) Indukcja konidiacji w Penicillium. Badania w mikrobiologii. 154: 539-546.