PENICILLIUM CHRYSOGENUM: EGENSKAPER, MORFOLOGI, LIVSMILJÖ - BIOLOGI - 2025

Penicillium chrysogenum är den svampart som oftast används vid produktion av penicillin. Arten finns inom släktet Penicillium från familjen Aspergilliaceae i Ascomycota.

Det kännetecknas av att det är en filamentös svamp med septathyfer. När det odlas i laboratoriet växer det snabbt. De är sammetslagda till bomullsfärgade och har blågrön färg.

Penicillium chrysogenum, syn. Penicillium notatum. Av Crulina 98, från Wikimedia Commons

Generella egenskaper

P. chrysogenum är en saprofytisk art. Det kan bryta ner organiskt material för att producera enkla kolföreningar som det använder i sin diet.

Arten är allestädes närvarande (den finns överallt) och det är vanligt att hitta den i stängda utrymmen, marken eller i samband med växter. Den växer också på bröd och dess sporer är vanliga i damm.

P. chrysogenum-sporer kan orsaka andningsallergier och hudreaktioner. Det kan också producera olika typer av gifter som påverkar människor.

Penicillinproduktion

Den mest kända användningen av arten är produktion av penicillin. Detta antibiotikum upptäcktes för första gången av Alexander Fleming 1928, även om han ursprungligen identifierade det som P. rubrum.

Även om det finns andra Penicillium-arter som kan producera penicillin, är P. chrysogenum det vanligaste. Dess föredragna användning inom läkemedelsindustrin beror på dess höga produktion av antibiotikum.

Fortplantning

De reproducerar asexually med conidia (asexual sporer) som produceras i conidiophores. Dessa är upprättstående och tunnväggiga, med få fialider (conidia-producerande celler).

Sexuell reproduktion sker genom ascosporer (könsporer). Dessa förekommer i tjockväggiga asci (fruktkroppar).

Ascosporer (könsporer) produceras i asci (fruktkroppar). Dessa är av typen cleistothecium (rundad) och har sklerotiska väggar.

Produktion av sekundära metaboliter

Sekundära metaboliter är organiska föreningar som produceras av levande varelser som inte direkt ingriper i deras metabolism. När det gäller svampar hjälper dessa föreningar att identifiera dem.

P. chrysogenum kännetecknas av framställning av roquefortin C, meleagrin och penicillin. Denna kombination av föreningar underlättar deras identifiering i laboratoriet. Dessutom producerar svampen andra färgade sekundära metaboliter. Xantoxilinerna är ansvariga för den gula färgen på exsudatet som är typiskt för arten.

Å andra sidan kan det producera aflatoxiner, som är mykotoxiner som är skadliga för människor. Dessa gifter angriper levern och kan leda till skrump och levercancer. Svampens sporer förorenar olika livsmedel som vid intag kan orsaka denna patologi.

Näring

Arten är saprofytisk. Det har förmågan att producera matsmältningsenzymer som frisätts på organiskt material. Dessa enzymer bryter ned underlaget och bryter ned komplexa kolföreningar.

Senare frisätts de enklare föreningarna och kan absorberas av hyferna. Näringsämnen som inte konsumeras ansamlas som glykogen.

Filogeni och taxonomi

P. chrysogenum beskrevs först av Charles Thom 1910. Arten har omfattande synonymer (olika namn för samma art).

Synonymi

Fleming 1929 identifierade den penicillinproducerande arten som P. rubrum på grund av närvaron av en röd koloni. Senare tilldelades arten under namnet P. notatum.

1949 indikerade mykologerna Raper och Thom att P. notatum är synonymt med P. chrysogenum. 1975 gjordes en översyn av gruppen av arter relaterade till P. chrysogenum och fjorton synonymer föreslogs för detta namn.

Det stora antalet synonymer för denna art är relaterat till svårigheten att upprätta diagnostiska karaktärer. Det har inses att variationer i odlingsmediet påverkar vissa egenskaper. Detta har lett till felidentifiering av taxon.

Det är intressant att notera att genom den prioriterade principen (det första publicerade namnet) är namnet på den äldsta taxon P. griseoroseum, publicerad 1901. P. chrysogenum förblir emellertid ett bevarat namn på grund av dess breda användning.

För närvarande är de mest exakta egenskaperna för att identifiera arten produktion av sekundära metaboliter. Närvaron av roquefortin C, penicillin och meleagrin garanterar korrekt identifiering.

Nuvarande valkrets

P. chrysogenum är omskriven till Chrysogena-sektionen i släktet Penicillium. Denna släkt är belägen i familjen Aspergilliaceae i Eurotiales ordning från Ascomycota.

Chrysogena-sektionen kännetecknas av terverticylerade och fyrfärgade conidiophores. Fialiderna är små och kolonierna i allmänhet sammetiska. Arterna i denna grupp är toleranta mot salthalt och producerar nästan alla penicillin.

13 arter har identifierats för sektionen, med P. chrysogenum som typart. Detta avsnitt är en monofyletisk grupp och är bror till Roquefortorum-sektionen.

Morfologi

Denna svamp har filamentös mycelia. Hyferna är septat, vilket är karakteristiskt för Ascomycota.

Konidioforerna är terverticylerade (med riklig grenning). Dessa är tunna och slätväggiga och mäter 250-500 um.

Metylerna (grenarna på conidiophore) har släta väggar och fialiderna är ampulformiga (flaskformade) och ofta med tjocka väggar.

Conidia är subglobos till elliptiska, 2,5-3,5 um i diameter och släta väggar när de betraktas med ljusmikroskopet. I skanningselektronmikroskopet tuberkuleras väggarna.

Livsmiljö

P. chrysogenum är kosmopolitiskt. Arten har visat sig växa i marina vatten samt på golvet i naturliga skogar i tempererade eller tropiska zoner.

Det är en mesofil art som kan växa mellan 5 - 37 ° C, med sin optimala temperatur vid 23 ° C. Dessutom är det xerofilt, så det kan utvecklas i torra miljöer. Å andra sidan är det tolerant mot salthalt.

På grund av förmågan att växa under olika miljöförhållanden är det vanligt att hitta det inomhus. Det har hittats bland annat i luftkonditionering, kylskåp och sanitetssystem.

Det är en vanlig svamp som en patogen av fruktträd som persikor, fikon, citrusfrukter och guavor. På samma sätt kan det förorena korn och kött. Det växer också på bearbetade livsmedel som bröd och kakor.

Fortplantning

I P. chrysogenum finns det en övervägande av asexuell reproduktion. På mer än 100 år av studien av svampen, fram till 2013, kontrollerades inte den sexuella reproduktionen hos arten.

Asexuell fortplantning

Detta sker genom produktion av conidia i conidiophores. Bildningen av conidia är associerad med differentieringen av specialiserade reproduktionsceller (fialider).

Conidia-produktionen börjar när en vegetativ hypha slutar växa och ett septum bildas. Då börjar detta område svälla och en serie grenar bildas. Grenarnas apikala cell differentierar sig till fialiden som börjar delas genom mitos för att ge upphov till konidierna.

Konidierna är huvudsakligen spridda av vinden. När conidiosporerna når en gynnsam miljö, gror de och ger upphov till svampens vegetativa kropp.

Sexuell fortplantning

Studien av den sexuella fasen i P. chrysogenum var inte lätt, eftersom kulturmediet som används i laboratoriet inte främjar utvecklingen av sexuella strukturer.

2013 lyckades den tyska mykologen Julia Böhm och kollaboratörer stimulera sexuell reproduktion hos arten. För detta placerade de två olika raser på agar i kombination med havregryn. Kapslarna utsattes för mörkret vid en temperatur mellan 15 ° C till 27 ° C.

Efter en inkubationstid mellan fem veckor och tre månader observerades bildningen av cleistocecia (stängd rundad asci). Dessa strukturer bildades i kontaktzonen mellan de två raserna.

Detta experiment visade att sexuell reproduktion i P. chrysogenum är heterotal. Produktionen av ett ascogonium (kvinnlig struktur) och ett antheridium (manlig struktur) av två olika raser är nödvändigt.

Efter bildandet av ascogonium och antheridium smälter cytoplasmerna (plasmogamy) och sedan kärnorna (karyogamy). Denna cell går in i meios och ger upphov till ascosporer (könsporer).

Kulturmedier

Kolonier på kulturmedier växer mycket snabbt. De är utsmyckade till bomullsfärgade, med vita mycelier i utkanten. Kolonierna är blågröna och ger ett rikligt, ljusgult exsudat.

Fruktiga aromer förekommer i kolonierna, liknande ananas. Men i vissa raser är lukten inte särskilt stark.

Penicillin

Penicillin är det första antibiotikumet som har använts framgångsrikt inom medicinen. Detta upptäcktes av en slump av den svenska mykologen Alexander Fleming 1928.

Forskaren genomförde ett experiment med bakterier av släktet Staphylococcus och odlingsmediet var kontaminerat med svampen. Fleming observerade att där svampen utvecklades växte inte bakterierna.

Penicilliner är betalaktamiska antibiotika och de med naturligt ursprung klassificeras i flera typer beroende på deras kemiska sammansättning. Dessa verkar främst på Gram-positiva bakterier som attackerar deras cellvägg bestående huvudsakligen av peptidoglycan.

Det finns flera arter av Penicillium som kan producera penicillin, men P. chrysogenum är den med högsta produktivitet. Den första kommersiella penicillinen producerades 1941 och redan 1943 lyckades den produceras i stor skala.

Naturliga penicilliner är inte effektiva mot vissa bakterier som producerar enzymet penicellas. Detta enzym har förmågan att förstöra den kemiska strukturen hos penicillin och inaktivera den.

Det har emellertid varit möjligt att producera halvsyntetiska penicilliner genom att ändra sammansättningen på buljongen där Penicillium odlas. Dessa har fördelen att de är resistenta penicellas, därför mer effektiva mot vissa patogener.

referenser

1. Böhm J, B Hoff, CO´Gorman, S Wolfer, V Klix, D Binger, I Zadra, H Kürnsteiner, S Pöggoler, P Dyer och U Kück (2013) Sexuell reproduktion och parningstypmedierad stamutveckling i penicillin- producerar svamp Penicillium chrysogenum. PNAS 110: 1476-1481.
2. Houbraken och RA Samson (2011) Phylogeny of Penicillium och segregationen av Trichocomaceae i tre familjer. Studier i mykologi 70: 1-51.
3. Henk DA, CE Eagle, K Brown, MA Van den Berg, PS Dyer, SW Peterson och MC Fisher (2011) Speciation trots globalt överlappande fördelningar i Penicillium chrysogenum: befolkningsgenetiken för Alexander Flemings lyckssvamp. Molecular Ecology 20: 4288-4301.
4. Kozakiewicz Z, JC Frisvad, DL Hawksworth, JI Pitt, RA Samson, AC Stolk (1992) Förslag till nomina specifica conservanda och rejicienda i Aspergillus och Penicillium (Fungi). Taxon 41: 109-113.
5. Ledermann W (2006) Penicillins historia och dess tillverkning i Chile. Pastor Chil. Infektera. 23: 172-176.
6. Roncal, T och U Ugalde (2003) Förändringsinduktion i Penicillium. Forskning i mikrobiologi. 154: 539-546.