CRIZOGENUL PENICILLIUM: CARACTERISTICI, MORFOLOGIE, HABITAT - BIOLOGIE - 2025

Penicillium chrysogenum este specia de ciupercă care este utilizată cel mai frecvent la producerea penicilinei. Specia este din genul Penicillium din familia Aspergilliaceae din Ascomycota.

Se caracterizează prin faptul că este o ciupercă filamentoasă, cu hipo septat. Când este cultivat în laborator, coloniile sale sunt în creștere rapidă. Sunt catifelate până la bumbac cu aspect și de culoare verde-albăstrui.

Chrysogenum Penicillium, sin. Penicillium notatum. De Crulina 98, de la Wikimedia Commons

Caracteristici generale

P. chrysogenum este o specie saprofită. Este capabil să descompună materia organică pentru a produce compuși simpli de carbon pe care îi folosește în dieta sa.

Specia este omniprezentă (se poate găsi oriunde) și este frecvent întâlnită în spații închise, la sol sau asociate cu plante. De asemenea, crește pe pâine, iar sporii săi sunt comuni în praf.

Sporii P. chrysogenum pot provoca alergii respiratorii și reacții ale pielii. De asemenea, poate produce diverse tipuri de toxine care afectează oamenii.

Producția de penicilină

Cea mai cunoscută utilizare a speciei este producția de penicilină. Acest antibiotic a fost descoperit pentru prima dată de Alexander Fleming în 1928, deși inițial l-a identificat ca P. rubrum.

Deși există și alte specii de Penicillium capabile să producă penicilină, P. chrysogenum este cea mai frecventă. Utilizarea sa preferențială în industria farmaceutică se datorează producției ridicate de antibiotice.

Reproducere

Se reproduc asexual cu conidii (spori asexuali) care sunt produși în conidiofori. Acestea sunt erecte și cu pereți subțiri, cu puține phialide (celule producătoare de conidii).

Reproducerea sexuală are loc prin ascospores (spori sexuali). Acestea apar în asci cu pereți groși (corpuri de fructificare).

Ascospores (spori sexuali) sunt produse în asci (corpuri de fructificare). Acestea sunt de tipul cleistotheciumului (rotunjite) și au pereți sclerotici.

Producția de metaboliți secundari

Metaboliții secundari sunt compuși organici produși de ființe vii care nu intervin direct în metabolismul lor. În cazul ciupercilor, acești compuși ajută la identificarea lor.

P. chrysogenum se caracterizează prin producerea roquefortin C, meleagrin și penicilină. Această combinație de compuși facilitează identificarea lor în laborator. În plus, ciuperca produce alți metaboliți secundari colorați. Xantoxilinele sunt responsabile pentru culoarea galbenă a exudatului tipic speciei.

Pe de altă parte, poate produce aflatoxine, care sunt micotoxine dăunătoare pentru om. Aceste toxine atacă sistemul hepatic și pot duce la ciroză și cancer la ficat. Sporii ciupercii contamină diverse alimente care, atunci când sunt ingerate, pot provoca această patologie.

Nutriție

Specia este saprofită. Are capacitatea de a produce enzime digestive care sunt eliberate pe materie organică. Aceste enzime degradează substratul, descompunând compușii complecși de carbon.

Mai târziu, compușii mai simpli sunt eliberați și pot fi absorbiți de hifă. Substanțele nutritive care nu sunt consumate se acumulează ca glicogen.

Filogenie și taxonomie

P. chrysogenum a fost descris pentru prima dată de Charles Thom în 1910. Specia are o sinonimie extinsă (denumiri diferite pentru aceeași specie).

Sinonimie

Fleming în 1929 a identificat specia producătoare de penicilină ca P. rubrum, datorită prezenței unei colonii roșii. Ulterior, specia a fost atribuită sub numele de P. notatum.

În 1949, micologii Raper și Thom au indicat că P. notatum este sinonim cu P. chrysogenum. În 1975 s-a făcut o revizuire a grupului de specii înrudite cu P. chrysogenum și au fost propuse paisprezece sinonime pentru acest nume.

Numărul mare de sinonime pentru această specie este legat de dificultatea stabilirii caracterelor de diagnostic. S-a apreciat că variațiile mediului de cultură afectează unele caracteristici. Aceasta a dus la identificarea greșită a taxonului.

Este interesant de menționat că, prin principiul priorității (primul nume publicat), numele celui mai vechi taxon este P. griseoroseum, publicat în 1901. Cu toate acestea, P. chrysogenum rămâne un nume conservat datorită utilizării sale largi.

În prezent, cele mai precise caracteristici pentru identificarea speciei este producția de metaboliți secundari. Prezența roquefortinei C, a penicilinei și a meleagrinei garantează o identificare corectă.

Circumscripția actuală

P. chrysogenum este circumscris secțiunii Chrysogena din genul Penicillium. Acest gen este situat în familia Aspergilliaceae din ordinul Eurotiales al Ascomycota.

Secțiunea Chrysogena se caracterizează prin conidiofori terverticilați și cu patru whorli. Fialzii sunt mici, iar coloniile în general catifelate. Speciile din acest grup sunt tolerante la salinitate și aproape toate produc penicilină.

Pentru această secțiune au fost identificate 13 specii, P. chrysogenum fiind specia de tip. Această secțiune este o grupare monofiletică și este fratele secției Roquefortorum.

Morfologie

Această ciupercă are micelie filamentoasă. Hyphae sunt septate, care este caracteristic pentru Ascomycota.

Conidioforii sunt terverticilati (cu ramificații abundente). Acestea sunt cu pereți subțiri și netede, care măsoară 250-500 μm.

Metulele (ramurile conidioforului) au pereți netede, iar filidele sunt ampuliforme (în formă de sticlă) și adesea cu pereți groși.

Conidii sunt subglobose până la eliptice, cu diametrul de 2,5-3,5 µm și cu pereți netede când sunt privite cu microscopul ușor. În microscopul electronic de scanare, pereții sunt tuberculați.

habitat

P. chrysogenum este cosmopolit. Specia a fost găsită în creștere în apele marine, precum și pe podeaua pădurilor naturale din zone temperate sau tropicale.

Este o specie mezofilă care poate crește între 5 - 37 ° C, cu cea optimă la 23 ° C. În plus, este xerofil, deci se poate dezvolta în medii uscate. Pe de altă parte, este tolerant la salinitate.

Datorită capacității de a crește în diverse condiții de mediu, este obișnuit să se găsească în interior. Acesta a fost găsit în aer condiționat, frigidere și sisteme sanitare, printre altele.

Este o ciupercă frecventă ca agent patogen de pomi fructiferi precum piersici, smochine, citrice și guave. La fel, poate contamina cerealele și carnea. De asemenea, crește pe alimente procesate precum pâine și prăjituri.

Reproducere

În P. chrysogenum există predominanța reproducerii asexuale. În mai mult de 100 de ani din studiul ciupercii, până în 2013 nu a fost verificată reproducerea sexuală la specii.

Reproducere asexuată

Aceasta se produce prin producerea de conidii în conidiofori. Formarea conidiei este asociată cu diferențierea celulelor de reproducție specializate (phialides).

Producția de conidiu începe când o hifă vegetativă încetează să crească și se formează un sept. Atunci această zonă începe să se umfle și se formează o serie de ramuri. Celula apicală a ramurilor se diferențiază de fialida care începe să se împartă prin mitoză pentru a da naștere conidiei.

Conidele sunt dispersate în principal de vânt. Când conidiosporesele ating un mediu favorabil, acestea germinează și dau naștere corpului vegetativ al ciupercii.

Reproducere sexuală

Studiul fazei sexuale în P. chrysogenum nu a fost ușor, deoarece mediile de cultură utilizate în laborator nu promovează dezvoltarea structurilor sexuale.

În 2013, micologul german Julia Böhm și colaboratorii au reușit să stimuleze reproducerea sexuală a speciei. Pentru aceasta, au plasat două rase diferite pe agar, combinate cu fulgi de ovăz. Capsulele au fost supuse întunericului la o temperatură cuprinsă între 15 ° C și 27 ° C.

După un timp de incubație între cinci săptămâni și trei luni, s-a observat formarea de cleistocecia (asci rotunjite închise). Aceste structuri s-au format în zona de contact dintre cele două rase.

Acest experiment a demonstrat că reproducerea sexuală în P. chrysogenum este heterotastică. Este necesară producerea unui ascogoniu (structură feminină) și a unui antheridiu (structură masculină) a două rase diferite.

În urma formării ascogoniului și a antheridiului, citoplasmele (plasmogamia) și apoi nucleele (cariogamia) fuzionează. Aceasta celula intra in meioza si da nastere la ascospores (spori sexuali)

Media de cultură

Coloniile de pe mediile de cultură cresc foarte rapid. Sunt catifelate până la bumbac, cu aspect miceliu alb pe margini. Coloniile sunt de culoare verde-albăstrui și produc un exudat abundent, de un galben strălucitor.

Arome fructate apar în colonii, asemănătoare cu ananasul. Cu toate acestea, la unele rase mirosul nu este foarte puternic.

Penicilină

Penicilina este primul antibiotic care a fost utilizat cu succes în medicină. Acest lucru a fost descoperit întâmplător de micologul suedez Alexander Fleming în 1928.

Cercetătorul a efectuat un experiment cu bacterii din genul Staphylococcus, iar mediul de cultură a fost contaminat cu ciuperca. Fleming a observat că acolo unde s-a dezvoltat ciuperca, bacteriile nu au crescut.

Penicilinele sunt antibiotice betalactamice, iar cele de origine naturală sunt clasificate în mai multe tipuri în funcție de compoziția lor chimică. Acestea acționează în principal asupra bacteriilor Gram pozitive care își atacă peretele celular compus în principal din peptidoglican.

Există mai multe specii de Penicillium capabile să producă penicilină, dar P. chrysogenum este cea cu cea mai mare productivitate. Prima penicilină comercială a fost produsă în 1941 și încă din 1943 a reușit să fie produsă pe scară largă.

Penicilinele naturale nu sunt eficiente împotriva unor bacterii care produc enzima penicelază. Această enzimă are capacitatea de a distruge structura chimică a penicilinei și de a o inactiva.

Cu toate acestea, a fost posibilă producerea de peniciline semi-sintetice prin schimbarea compoziției bulionului în care este cultivat Penicillium. Acestea au avantajul că sunt penicelază rezistente, deci mai eficiente împotriva unor agenți patogeni.

Referințe

1. Böhm J, B Hoff, CO´Gorman, S Wolfer, V Klix, D Binger, I Zadra, H Kürnsteiner, S Pöggoler, P Dyer și U Kück (2013) Reproducerea sexuală și dezvoltarea tulpinii mediate de tip împerechere în penicilină- producând ciupercă Penicillium crrysogenum. PNAS 110: 1476-1481.
2. Houbraken și RA Samson (2011) Filogenia Penicillium și segregarea Trichocomaceae în trei familii. Studii în Micologie 70: 1-51.
3. Henk DA, CE Eagle, K Brown, MA Van den Berg, PS Dyer, SW Peterson și MC Fisher (2011) Speciation, în ciuda distribuțiilor globale care se suprapun în crizogenul Penicillium: genetica populației a ciupercii norocoase a lui Alexander Fleming. Ecologie moleculară 20: 4288-4301.
4. Kozakiewicz Z, JC Frisvad, DL Hawksworth, JI Pitt, RA Samson, AC Stolk (1992) Propuneri pentru nomina specificica conservanda și rejicienda în Aspergillus și Penicillium (Fungi). Taxon 41: 109-113.
5. Ledermann W (2006) Istoria penicilinei și fabricarea acesteia în Chile. Rev. Chil. Infecta. 23: 172-176.
6. Roncal, T și U Ugalde (2003) Inducerea conidierii în Penicillium. Cercetări în microbiologie. 154: 539-546.