PENICILLIUM CHRYSOGENUM: EGENSKAPER, MORFOLOGI, HABITAT - BIOLOGI - 2026

Penicillium chrysogenum er den sopparten som oftest brukes i produksjonen av penicillin. Arten er i slekten Penicillium fra familien Aspergilliaceae fra Ascomycota.

Det er preget av å være en trådformet sopp, med septathyfer. Når den dyrkes i laboratoriet, vokser koloniene raskt. De er fløyelsaktig til bomullsfarge og har blågrønn farge.

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

Generelle egenskaper

P. chrysogenum er en saprofytisk art. Det er i stand til å bryte ned organisk materiale for å produsere enkle karbonforbindelser som det bruker i kostholdet.

Arten er allestedsnærværende (den kan finnes hvor som helst), og det er vanlig å finne den i lukkede rom, bakken eller assosiert med planter. Den vokser også på brød og sporer er vanlige i støv.

P. chrysogenum sporer kan forårsake luftveisallergier og hudreaksjoner. Det kan også produsere forskjellige typer giftstoffer som påvirker mennesker.

Penicillinproduksjon

Den mest kjente bruken av arten er produksjonen av penicillin. Dette antibiotikumet ble oppdaget for første gang av Alexander Fleming i 1928, selv om han opprinnelig identifiserte det som P. rubrum.

Selv om det er andre Penicillium-arter som kan produsere penicillin, er P. chrysogenum den vanligste. Den foretrukne bruken i legemiddelindustrien skyldes den høye produksjonen av antibiotika.

reproduksjon

De reproduserer aseksuelt ved hjelp av conidia (aseksuelle sporer) som produseres i conidiophores. Disse er oppreiste og tynnveggede, med få fialider (celler som produserer conidia).

Seksuell reproduksjon skjer gjennom ascospores (sexsporer). Disse forekommer i tykkveggede asci (fruktkropper).

Ascospores (kjønnsporer) produseres i asci (fruktkropper). Disse er av typen cleistothecium (avrundet) og har sklerotiske vegger.

Produksjon av sekundære metabolitter

Sekundære metabolitter er organiske forbindelser produsert av levende vesener som ikke direkte griper inn i metabolismen deres. Når det gjelder sopp, er disse forbindelsene med på å identifisere dem.

P. chrysogenum er karakterisert ved å produsere roquefortin C, meleagrin og penicillin. Denne kombinasjonen av forbindelser letter identifikasjonen i laboratoriet. I tillegg produserer soppen andre fargede sekundære metabolitter. Xantoksilinene er ansvarlige for den gule fargen på ekssudatet som er typisk for arten.

På den annen side kan det produsere aflatoksiner, som er mykotoksiner som er skadelige for mennesker. Disse giftstoffene angriper leversystemet og kan føre til skrumplever og leverkreft. Spores av soppen forurenser forskjellige matvarer som, når de svelges, kan forårsake denne patologien.

Ernæring

Arten er saprofytisk. Det har evnen til å produsere fordøyelsesenzymer som frigjøres på organisk materiale. Disse enzymene nedbryter underlaget og bryter ned komplekse karbonforbindelser.

Senere frigjøres de enklere forbindelser og kan tas opp av hyfer. Næringsstoffer som ikke konsumeres samler seg som glykogen.

Filogeni og taksonomi

P. chrysogenum ble først beskrevet av Charles Thom i 1910. Arten har omfattende synonymer (forskjellige navn på samme art).

synonymy

Fleming i 1929 identifiserte den penicillinproduserende arten som P. rubrum, på grunn av tilstedeværelsen av en rød koloni. Senere ble arten tildelt under navnet P. notatum.

I 1949 indikerte mykologene Raper og Thom at P. notatum er synonymt med P. chrysogenum. I 1975 ble det foretatt en revisjon av gruppen av arter relatert til P. chrysogenum, og fjorten synonymer ble foreslått for dette navnet.

Det store antallet synonymer for denne arten er relatert til vanskeligheten med å etablere diagnostiske tegn. Det har blitt forstått at variasjoner i kulturmediet påvirker noen egenskaper. Dette har ført til feilidentifikasjoner av taksen.

Det er interessant å merke seg at etter prioritetsprinsipp (første publiserte navn) er navnet på det eldste taxonet P. griseoroseum, utgitt i 1901. Imidlertid forblir P. chrysogenum et bevart navn på grunn av dets brede bruk.

For tiden er de mest nøyaktige egenskapene for å identifisere arten produksjonen av sekundære metabolitter. Tilstedeværelsen av roquefortin C, penicillin og meleagrin, garanterer korrekt identifikasjon.

Nåværende valgkrets

P. chrysogenum er omskrevet til Chrysogena-delen av slekten Penicillium. Denne slekten ligger i familien Aspergilliaceae i Eurotiales rekkefølgen av Ascomycota.

Chrysogena-delen er preget av terverticylerte og firhårede conidiophores. Fialidene er små og koloniene generelt fløyelsaktig. Artene i denne gruppen er tolerante mot saltholdighet og produserer nesten alle penicillin.

13 arter er identifisert for seksjonen, med P. chrysogenum som typen. Denne delen er en monofyletisk gruppe og er broren til Roquefortorum-seksjonen.

morfologi

Denne soppen har glødende mycelier. Hyphae er septat, som er karakteristisk for Ascomycota.

Konidioforene er terverticylerte (med rikelig forgrening). Disse er tynne og glatte vegger, og måler 250-500 um.

Metulene (grenene på conidiophore) har glatte vegger og fialidene er ampuliforme (flaskeformede), og ofte med tykke vegger.

Conidia er underglobose til elliptiske, 2,5-3,5 um i diameter, og glatte vegger når de blir sett med lysmikroskopet. I det skannende elektronmikroskopet tuberkuleres veggene.

habitat

P. chrysogenum er kosmopolitisk. Arten er funnet voksende i marine farvann, samt på gulvet i naturlige skoger i tempererte eller tropiske soner.

Det er en mesofil art som kan vokse mellom 5 - 37 ° C, med det optimale ved 23 ° C. I tillegg er den xerofil, slik at den kan utvikle seg i tørre omgivelser. På den annen side er det tolerant mot saltholdighet.

På grunn av evnen til å vokse under forskjellige miljøforhold, er det vanlig å finne det innendørs. Det er funnet blant annet i klimaanlegg, kjøleskap og sanitæranlegg.

Det er en hyppig sopp som et patogen av frukttrær som fersken, fiken, sitrusfrukter og guavaer. På samme måte kan det forurense korn og kjøtt. Det vokser også på bearbeidet mat som brød og informasjonskapsler.

reproduksjon

I P. chrysogenum er det en overvekt av aseksuell reproduksjon. På mer enn 100 år etter studien av soppen, frem til 2013, ble ikke den seksuelle reproduksjonen i arten verifisert.

Aseksuell reproduksjon

Dette skjer gjennom produksjon av conidia i conidiophores. Dannelsen av conidia er assosiert med differensieringen av spesialiserte reproduksjonsceller (fialider).

Conidia-produksjonen begynner når en vegetativ hypha slutter å vokse og et septum dannes. Så begynner dette området å svelle og en serie grener dannes. Grenens apikale celle skiller seg ut i fialiden som begynner å dele seg ved mitose for å gi opphav til konidiene.

Konidiene er hovedsakelig spredt av vinden. Når conidiospores når et gunstig miljø, spirer de og gir opphav til den vegetative kroppen til soppen.

Seksuell reproduksjon

Studien av den seksuelle fasen i P. chrysogenum var ikke lett, fordi kulturmediene som ble brukt i laboratoriet ikke fremmer utviklingen av seksuelle strukturer.

I 2013 klarte den tyske mykologen Julia Böhm og samarbeidspartnere å stimulere seksuell reproduksjon hos arten. For dette plasserte de to forskjellige løp på agar kombinert med havregryn. Kapslene ble underkastet mørket ved en temperatur mellom 15 ° C til 27 ° C.

Etter en inkubasjonstid mellom fem uker og tre måneder, ble dannelsen av cleistocecia (lukket avrundet asci) observert. Disse strukturene ble dannet i kontaktsonen mellom de to løpene.

Dette eksperimentet demonstrerte at seksuell reproduksjon i P. chrysogenum er heterotisk. Produksjon av et ascogonium (kvinnelig struktur) og et antheridium (mannlig struktur) av to forskjellige raser er nødvendig.

Etter dannelsen av ascogonium og antheridium smeltes cytoplasmaene (plasmogamy) og deretter kjernene (karyogamy) sammen. Denne cellen går inn i meiose og gir opphav til ascospores (kjønnssporer).

Kulturmedier

Kolonier på kulturmedier vokser veldig raskt. De er fløyelsaktig til bomullsaktig utseende, med hvite mycelier i kantene. Koloniene har blågrønn farge og gir et rikelig, lyst gult ekssudat.

Fruktige aromaer vises i koloniene, ligner ananas. Imidlertid er lukten ikke veldig sterk hos noen raser.

Penicillin

Penicillin er det første antibiotikumet som har blitt brukt med suksess i medisin. Dette ble oppdaget ved en tilfeldighet av den svenske mykologen Alexander Fleming i 1928.

Forskeren gjennomførte et eksperiment med bakterier av slekten Staphylococcus, og kulturmediet var forurenset med soppen. Fleming observerte at der soppen utviklet seg, vokste ikke bakteriene.

Penicilliner er betalaktamiske antibiotika og de med naturlig opprinnelse klassifiseres i flere typer i henhold til deres kjemiske sammensetning. Disse virker hovedsakelig på Gram-positive bakterier som angriper celleveggen deres hovedsakelig sammensatt av peptidoglycan.

Det er flere arter av Penicillium som er i stand til å produsere penicillin, men P. chrysogenum er den med høyest produktivitet. Det første kommersielle penicillinet ble produsert i 1941 og allerede i 1943 klarte det å bli produsert i stor skala.

Naturlige penicilliner er ikke effektive mot noen bakterier som produserer enzymet penicellase. Dette enzymet har muligheten til å ødelegge den kjemiske strukturen til penicillin og inaktivere den.

Imidlertid har det vært mulig å produsere halvsyntetiske penicilliner ved å endre sammensetningen av buljongen der Penicillium dyrkes. Disse har fordelen at de er resistente penicellase, derfor mer effektive mot noen patogener.

referanser

1. Böhm J, B Hoff, CO´Gorman, S Wolfer, V Klix, D Binger, I Zadra, H Kürnsteiner, S Pöggoler, P Dyer og U Kück (2013) Seksuell reproduksjon og parringstype-mediert stammeutvikling i penicillin- produserer sopp Penicillium chrysogenum. PNAS 110: 1476-1481.
2. Houbraken og RA Samson (2011) Phylogeny of Penicillium og segregeringen av Trichocomaceae i tre familier. Studier i mykologi 70: 1-51.
3. Henk DA, CE Eagle, K Brown, MA Van den Berg, PS Dyer, SW Peterson og MC Fisher (2011) Spesiering til tross for globalt overlappende fordelinger i Penicillium chrysogenum: populasjonsgenetikken til Alexander Flemings heldige sopp. Molecular Ecology 20: 4288-4301.
4. Kozakiewicz Z, JC Frisvad, DL Hawksworth, JI Pitt, RA Samson, AC Stolk (1992) Forslag til nomina specifica conservanda og rejicienda i Aspergillus og Penicillium (Fungi). Taxon 41: 109-113.
5. Ledermann W (2006) Penicillins historie og dets fremstilling i Chile. Pastor Chil. Infisere. 23: 172-176.
6. Roncal, T og U Ugalde (2003) Conidiation induction in Penicillium. Forskning i mikrobiologi. 154: 539-546.