PENICILLIUM: EIGENSCHAFTEN, TAXONOMIE, MORPHOLOGIE, LEBENSRAUM - BIOLOGIE - 2024

Penicillium ist eine Bakteriengattung, die im Ascomycota-Phyllum vorkommt. Es wurde erstmals 1809 vom deutschen Mykologen Heinrich Link beschrieben und seine Taxonomie war komplex.

Zunächst befand es sich in den Deuteromyceten (unvollkommenen Pilzen), da nur sein anamorphotischer (asexueller) Zustand bekannt war. Später wurde festgestellt, dass Penicillium den teleomorphen (sexuellen) Zuständen der Gattungen Eupenicillium und Talaromyces der Ascomyceten entsprach.

Conidiophor von Penicillium sp. Von AJC1 über Wikimedia Commons.

Der anamorphotische Zustand von Penicillium ist durch septierte hyaline (farblose) Hyphen gekennzeichnet. In Laborkulturmedien wechseln die Kolonien von blau, bläulich-grün zu rosa.

Die Etymologie von Penicillium stammt von der Bürste, da die Konidiophoren (Strukturen, die asexuelle Sporen produzieren) verzweigt sind.

Penicillium wird zusammen mit anderen Arten von Pilzen als Schimmelpilz bezeichnet, da sie auf verschiedenen organischen Produkten wachsen und eine Schicht unterschiedlicher Farben bilden. Diese Gattung ist saprophytisch und kann in verschiedenen Umgebungen wachsen.

Viele Arten der Gattung sind für den Menschen von großer Bedeutung. Penicillin (das erste in der Medizin verwendete Antibiotikum) wurde von P. chrysogenum erhalten. Andererseits erhalten die sogenannten Blauschimmelkäse ihre Eigenschaften aus der lipolytischen und proteolytischen Aktivität von Penicillium-Arten.

Einige Arten sind gesundheitsschädlich. Diese produzieren verschiedene Toxine wie Ochratoxine, die das Nierensystem schädigen. Andere Arten schädigen verschiedene Lebensmittel wie Brot und Zitrusfrüchte. Einige sind Krankheitserreger von Tieren und Menschen.

Allgemeine Charakteristiken

Die Gruppe zeichnet sich durch die Präsentation septierter Hyphen aus und die Mycelien bilden Filamente. Bei der Kultivierung im Labor entstehen Kolonien mit einem kompakten Myzel und gut definierten Rändern.

Die Kolonien wachsen schnell und haben ein wolliges oder baumwolliges Aussehen. Sie sind zunächst weiß und färben sich dann blaugrün, grünlich-gelb oder rosa.

Geschlechtssporen (Ascosporen) werden in Asci (Fruchtkörpern) produziert, die je nach Gruppe holzig oder weicher sein können.

Das herausragendste Merkmal der Gattung ist die Entwicklung von verzweigten, bürstenförmigen Konidiophoren. Die verschiedenen Arten der Verzweigung des Konidiophores ermöglichen die Unterscheidung der Arten.

Das Konidiophor ist gut strukturiert und hat eine Achse, von der aus Äste (Metallis) gebildet werden. Auf den Metulen bilden sich Phialide (flaschenförmige Zellen, die Konidien produzieren). Dies ist der wichtigste Charakter zur Unterscheidung der Arten der Gattung.

Arten von Conidiophoren

Einfach : Die Phialiden sind einzeln.

Monoverticylate : Eine Gruppe von Phialiden tritt am Scheitelpunkt der Konidiophorachse auf.

Divikariate : Die Methule verzweigen sich in unterschiedlichen Höhen und auf diesen befinden sich Gruppen von Phialiden.

Biverticylate : An der Spitze des Schafts bilden sich drei oder mehr Metallis mit jeweils einer Gruppe von Phialiden an der Spitze.

Terverticylate : Sie weisen eine Reihe von Zwischenverzweigungen zwischen den Metulen und Phialiden auf.

Produktion von Mykotoxinen

Penicillium-Arten produzieren giftige Substanzen, die Lebensmittel kontaminieren, die als Mykotoxine bekannt sind. Am häufigsten sind Ochratoxine und Patuline.

Ochratoxine können Getreide und Käse kontaminieren und sich im Fett von Tieren ansammeln, die vom Menschen verzehrt werden. Diese Toxine beeinflussen das Nierensystem.

Patuline kommen in Getreide und Nüssen vor. Es kann das Immunsystem schwächen und das Nervensystem angreifen.

Ernährung

Penicillium-Arten sind Saprophyten. Sie haben eine hohe Fähigkeit, organische Stoffe abzubauen, da sie eine große Menge an hydrolytischen Enzymen produzieren. Diese Enzyme haben die Fähigkeit, den Zersetzungsprozess zu beschleunigen.

Diese Pilze sind als Schimmelpilze bekannt und ihre Sporen sind die Hauptluftschadstoffe in vielen geschlossenen Gebäuden. Darüber hinaus verhalten sie sich sowohl auf dem Feld als auch nach der Ernte als Krankheitserreger verschiedener Kulturen.

Viele können Toxine produzieren, die den Menschen schädigen. Andere bevorzugen die Fermentation einiger Lebensmittel und können auch Antibiotika produzieren.

Phylogenie und Taxonomie

Die Taxonomie von Penicillium ist recht komplex, da in vielen Pilzgruppen häufig die anamorphotischen und teleomorphen Zustände als unterschiedliche Taxa angesehen wurden.

Die Gattung befand sich zunächst in der künstlichen Gruppe Deuteromyceten (unvollkommene Pilze), da ihre sexuellen Formen nicht bekannt waren. Teleomorphe befinden sich auf dem Ascomycota-Stamm innerhalb der Ordnung Eurotiales

Die Gattung wurde in vier Untergattungen unterteilt: Aspergilloides, Furcatum, Penicillium und Biverticillium, die sich durch die Art des Konidiophor unterscheiden. Später wurde Biverticillatum mit der teleomorphen Gattung Talaromyces und den anderen drei Untergattungen mit Eupenicillium assoziiert.

Später wurde in einer Übersicht über Penicillium senso stricto (ohne Talaromyces) das teleomorphe Eupenicillium als Synonym angesehen, da der Name Penicillium älter ist.

Geschlecht

Es zeichnet sich durch die Darstellung von Asci aus, die aus einem Netzwerk von Hyphen mit glatten Wänden bestehen. Asci reifen in wenigen Wochen in Kulturmedium. Es werden acht Ascosporen gebildet, die einzellig sind. Das Anamorph (Untergattung Biverticillatum) hat enge Phialide.

Molekulare Studien ergaben, dass dies eine monophyletische Gruppe ist und sich derzeit in der Familie der Trichocomaceae befindet. Es werden ungefähr 110 Arten erkannt, die in sieben Abschnitte unterteilt sind.

Unter den interessierenden Arten sticht T. marneffei hervor, ein Erreger, der bei HIV-Patienten eine systemische Mykose verursacht.

Geschlecht

Derzeit umfasst die Gattung alle Arten von Eupenicillium sowie die Gattungen Eladia, Torulomyces, Chromocleista und Hemicarpenteles.

Die Arten präsentieren Asci mit isodiametrischen Zellen (gleiche Seiten), mit sehr harten Wänden (sklerotisiert). Asci brauchen Monate, um zu reifen, und in einigen Fällen reifen Ascosporen nicht.

Der asexuelle Zustand ist durch ampulöse oder flaschenförmige breite Phialide gekennzeichnet.

Die Gattung gehört zur Familie der Aspergillaceae und wurde in zwei Untergattungen (Aspergilloides und Penicillium) und 25 Abschnitte unterteilt.

Lebensraum

Penicillium-Arten können in verschiedenen Umgebungen gedeihen und eine kosmopolitische Verbreitung haben. Diese können unter extremen Bedingungen wie Temperatur, Salzgehalt, pH-Wert oder Wasserstress leben.

Das Vorhandensein von Penicillium wurde bei mehr als 400 Pflanzenarten berichtet. Sie wurden in sehr kalten Gebieten wie der Subarktis und der Tundra gefunden.

In salzhaltigen Umgebungen wurde das Vorhandensein von Penicillium-Arten als Endophyten von Seegras oder als Wachstum in Böden mit hohem Salzgehalt gemeldet.

Andere Arten können auf natürliche Weise oder durch menschliche Aktivitäten in stark angesäuerten Böden wachsen, z. B. durch Abwässer aus dem Bergbau und industrielles Abwasser.

Reproduktion

Penicillium- und Talaromyces-Arten vermehren sich ungeschlechtlich und sexuell.

Asexuelle Reproduktion

Es kann durch Fragmentierung von Mycelien auftreten, die sich später weiter teilen. In anderen Fällen kann sich ein Sklerotium (dickwandiges Myzel) bilden, das widrigen Bedingungen standhält und sich dann zu teilen beginnt.

Die häufigste Form der asexuellen Fortpflanzung ist die Produktion von Konidien (Geschlechtssporen) aus Konidiophoren. Diese entstehen aus der Teilung des Kerns der Phialiden.

Sexuelle Fortpflanzung

Sexsporen werden im Asci produziert. Ein Antheridium (männliche Struktur) und Ascogonium (weibliche Struktur) werden erzeugt. Die Zytoplasmen beider Strukturen verschmelzen (Plasmogamie) und dann verbinden sich die Kerne (Karyogamie).

Sobald sich die diploide Zelle gebildet hat, tritt Meiose auf. Es werden vier haploide Zellen gebildet, die eine Mitose erleiden und so acht Ascosporen produzieren.

Ascosporen sind haploide mit einem einzigen Kern. Sie können eine glatte oder verzierte Oberfläche haben und werden vom Wind weggeblasen oder vom Regen abgegeben.

Krankheitserreger und Krankheiten

Verschiedene Penicillium-Arten sind Erreger des Verderbens von Lebensmitteln, insbesondere bei feuchten und warmen Bedingungen. Auf diesen entwickeln sich Kolonien und die Enzyme, die sie produzieren, bauen sie schnell ab. Kolonien sind im Allgemeinen grünlich gefärbt.

Die Kontamination von Gebäuden durch die Sporen von Penicillium und anderen Gattungen ist ebenfalls häufig. Geschlossene und feuchte Umgebungen begünstigen die Entwicklung des Pilzes. Es gibt Menschen, die sehr empfindlich auf Sporen reagieren, was verschiedene Atemwegserkrankungen und Allergien verursacht.

T. marneffei (ehemals Penicillium marneffei) verursacht Penicilliose, eine in Südostasien endemische Krankheit. Dies betrifft nur immunsupprimierte Patienten, hauptsächlich solche mit HIV. Conidien infizieren den Wirt durch Inhalation und entwickeln sich dann intrazellulär, wodurch die Funktion einiger Organe beeinträchtigt wird.

Biotechnologie

Einige Penicillium-Arten sind in der Lebensmittel- und Pharmaindustrie weit verbreitet.

In vielen Fleischprodukten, die Reifungsprozessen unterzogen werden, ist das Vorhandensein von Pilzkolonien auf der Oberfläche häufig. Diese Pilze verstärken die charakteristischen Aromen und Geschmacksrichtungen aufgrund der Produktion verschiedener chemischer Verbindungen.

Penicillium-Arten bilden die mikrobielle Oberflächenflora einiger fermentierter Würste wie Salami. Diese Antioxidantien verhindern zusätzlich zu ihrer proteolytischen Fähigkeit die Austrocknung und tragen zur Aushärtung der Produkte und zur Verhinderung des Angriffs von Krankheitserregern bei.

Bei den sogenannten Blauschimmelkäsen wird P. roqueforti während der Reifung zugesetzt. Seine Aktivität erzeugt Enzyme, die chemische Verbindungen abbauen und das charakteristische Aroma und den Geschmack dieser Käsesorten erzeugen. Die blauen Flecken sind die Kolonien des Pilzes auf dem Käse.

Einige Arten sind in der Lage, natürliche Antibiotika zu produzieren. Eines davon ist Penicillin, das hauptsächlich aus P. chrysogenum gewonnen wird. Penicillin war das erste in der Medizin verwendete Antibiotikum.

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