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

Penicillium chrysogenum ist die Pilzart, die am häufigsten bei der Herstellung von Penicillin verwendet wird. Die Art gehört zur Gattung Penicillium der Familie der Aspergilliaceae der Ascomycota.

Es zeichnet sich durch einen Fadenpilz mit septierten Hyphen aus. Wenn es im Labor gezüchtet wird, wachsen seine Kolonien schnell. Sie haben ein samtiges bis baumwolliges Aussehen und eine bläulich-grüne Farbe.

Penicillium chrysogenum, syn. Penicillium notatum. Von Crulina 98 aus Wikimedia Commons

Allgemeine Charakteristiken

P. chrysogenum ist eine saprophytische Art. Es ist in der Lage, organische Stoffe abzubauen, um einfache Kohlenstoffverbindungen herzustellen, die es in seiner Ernährung verwendet.

Die Art ist allgegenwärtig (sie kann überall gefunden werden) und es ist üblich, sie in geschlossenen Räumen, auf dem Boden oder in Verbindung mit Pflanzen zu finden. Es wächst auch auf Brot und seine Sporen sind im Staub häufig.

P. chrysogenum-Sporen können Atemwegsallergien und Hautreaktionen verursachen. Es kann auch verschiedene Arten von Toxinen produzieren, die den Menschen betreffen.

Penicillinproduktion

Die bekannteste Verwendung der Art ist die Produktion von Penicillin. Dieses Antibiotikum wurde 1928 erstmals von Alexander Fleming entdeckt, obwohl er es zunächst als P. rubrum identifizierte.

Obwohl es andere Penicillium-Arten gibt, die Penicillin produzieren können, ist P. chrysogenum die häufigste. Seine bevorzugte Verwendung in der pharmazeutischen Industrie beruht auf seiner hohen Produktion des Antibiotikums.

Reproduktion

Sie vermehren sich ungeschlechtlich mittels Konidien (asexuelle Sporen), die in Konidiophoren produziert werden. Diese sind aufrecht und dünnwandig mit wenigen Phialiden (Konidien produzierende Zellen).

Die sexuelle Fortpflanzung erfolgt durch Ascosporen (Sexualsporen). Diese kommen in dickwandigen Asci (Fruchtkörpern) vor.

Ascosporen (Geschlechtssporen) werden in Asci (Fruchtkörpern) produziert. Diese sind vom Typ Kleistothecium (gerundet) und haben sklerotische Wände.

Produktion von Sekundärmetaboliten

Sekundärmetaboliten sind organische Verbindungen, die von Lebewesen produziert werden und nicht direkt in ihren Stoffwechsel eingreifen. Im Falle von Pilzen helfen diese Verbindungen, sie zu identifizieren.

P. chrysogenum ist durch die Produktion von Roquefortin C, Meleagrin und Penicillin gekennzeichnet. Diese Kombination von Verbindungen erleichtert ihre Identifizierung im Labor. Darüber hinaus produziert der Pilz andere farbige Sekundärmetaboliten. Die Xanthoxiline sind für die gelbe Farbe des für die Art typischen Exsudats verantwortlich.

Andererseits kann es Aflatoxine produzieren, die für den Menschen schädliche Mykotoxine sind. Diese Toxine greifen das Lebersystem an und können zu Leberzirrhose und Leberkrebs führen. Die Sporen des Pilzes kontaminieren verschiedene Lebensmittel, die bei Einnahme diese Pathologie verursachen können.

Ernährung

Die Art ist saprophytisch. Es hat die Fähigkeit, Verdauungsenzyme zu produzieren, die auf organischer Substanz freigesetzt werden. Diese Enzyme bauen das Substrat ab und bauen komplexe Kohlenstoffverbindungen ab.

Später werden die einfacheren Verbindungen freigesetzt und können von den Hyphen aufgenommen werden. Nicht konsumierte Nährstoffe reichern sich als Glykogen an.

Phylogenie und Taxonomie

P. chrysogenum wurde erstmals 1910 von Charles Thom beschrieben. Die Art hat eine umfangreiche Synonymie (unterschiedliche Namen für dieselbe Art).

Synonymie

Fleming identifizierte 1929 die Penicillin produzierende Spezies aufgrund des Vorhandenseins einer roten Kolonie als P. rubrum. Später wurde die Art unter dem Namen P. notatum zugeordnet.

1949 wiesen die Mykologen Raper und Thom darauf hin, dass P. notatum ein Synonym für P. chrysogenum ist. 1975 wurde eine Überarbeitung der mit P. chrysogenum verwandten Artengruppe vorgenommen, und für diesen Namen wurden vierzehn Synonyme vorgeschlagen.

Die große Anzahl von Synonymen für diese Art hängt mit der Schwierigkeit zusammen, diagnostische Merkmale zu bestimmen. Es wurde erkannt, dass Variationen im Kulturmedium einige Eigenschaften beeinflussen. Dies hat zu Fehlidentifikationen des Taxons geführt.

Es ist interessant festzustellen, dass der Name für das älteste Taxon nach dem Prinzip der Priorität (zuerst veröffentlichter Name) P. griseoroseum ist, das 1901 veröffentlicht wurde. P. chrysogenum bleibt jedoch aufgrund seiner weit verbreiteten Verwendung ein konservierter Name.

Derzeit sind die genauesten Merkmale zur Identifizierung der Art die Produktion von Sekundärmetaboliten. Das Vorhandensein von Roquefortin C, Penicillin und Meleagrin garantiert eine korrekte Identifizierung.

Aktueller Wahlkreis

P. chrysogenum ist dem Chrysogena-Abschnitt der Gattung Penicillium zugeordnet. Diese Gattung gehört zur Familie der Aspergilliaceae des Eurotiales-Ordens der Ascomycota.

Der Chrysogena-Abschnitt ist durch terverticylierte und vierwirbelnde Conidiophoren gekennzeichnet. Die Phialiden sind klein und die Kolonien im Allgemeinen samtig. Die Arten dieser Gruppe sind salztolerant und produzieren fast alle Penicillin.

Für den Abschnitt wurden 13 Arten identifiziert, wobei P. chrysogenum die Typusart ist. Diese Sektion ist eine monophyletische Gruppe und der Bruder der Sektion Roquefortorum.

Morphologie

Dieser Pilz hat filamentöse Mycelien. Die Hyphen sind septiert, was für die Ascomycota charakteristisch ist.

Die Conidiophoren sind terverticyliert (mit reichlicher Verzweigung). Diese sind dünn und glattwandig und messen 250-500 µm.

Die Metula (Zweige des Konidiophor) haben glatte Wände und die Phialiden sind ampuliform (flaschenförmig) und oft dickwandig.

Konidien sind subglobos bis elliptisch, haben einen Durchmesser von 2,5 bis 3,5 um und sind bei Betrachtung mit dem Lichtmikroskop glattwandig. Im Rasterelektronenmikroskop sind die Wände tuberkulös.

Lebensraum

P. chrysogenum ist weltoffen. Es wurde festgestellt, dass die Art in Meeresgewässern sowie auf dem Boden natürlicher Wälder in gemäßigten oder tropischen Zonen wächst.

Es ist eine mesophile Spezies, die zwischen 5 und 37 ° C wachsen kann und deren Optimum bei 23 ° C liegt. Darüber hinaus ist es xerophil, sodass es sich in trockenen Umgebungen entwickeln kann. Andererseits ist es tolerant gegenüber Salzgehalt.

Aufgrund der Fähigkeit, unter verschiedenen Umgebungsbedingungen zu wachsen, ist es üblich, es in Innenräumen zu finden. Es wurde unter anderem in Klimaanlagen, Kühlschränken und Sanitäranlagen gefunden.

Es ist ein häufiger Pilz als Erreger von Obstbäumen wie Pfirsichen, Feigen, Zitrusfrüchten und Guaven. Ebenso kann es Getreide und Fleisch kontaminieren. Es wächst auch auf verarbeiteten Lebensmitteln wie Brot und Keksen.

Reproduktion

Bei P. chrysogenum überwiegt die asexuelle Fortpflanzung. In mehr als 100 Jahren der Untersuchung des Pilzes wurde bis 2013 die sexuelle Fortpflanzung der Art nicht verifiziert.

Asexuelle Reproduktion

Dies geschieht durch die Bildung von Konidien in den Konidiophoren. Die Bildung von Konidien ist mit der Differenzierung spezialisierter Fortpflanzungszellen (Phialiden) verbunden.

Die Konidienproduktion beginnt, wenn eine vegetative Hyphe aufhört zu wachsen und sich ein Septum bildet. Dann schwillt dieser Bereich an und es bilden sich eine Reihe von Zweigen. Die apikale Zelle der Zweige differenziert sich in die Phialide, die sich durch Mitose zu teilen beginnt, um die Konidien hervorzurufen.

Die Konidien werden hauptsächlich vom Wind zerstreut. Wenn die Konidiosporen eine günstige Umgebung erreichen, keimen sie und bilden den vegetativen Körper des Pilzes.

Sexuelle Fortpflanzung

Die Untersuchung der sexuellen Phase bei P. chrysogenum war nicht einfach, da die im Labor verwendeten Kulturmedien die Entwicklung sexueller Strukturen nicht fördern.

2013 gelang es der deutschen Mykologin Julia Böhm und Mitarbeitern, die sexuelle Fortpflanzung der Art zu stimulieren. Dafür platzierten sie zwei verschiedene Rassen auf Agar in Kombination mit Haferflocken. Die Kapseln wurden bei einer Temperatur zwischen 15 ° C und 27 ° C der Dunkelheit ausgesetzt.

Nach einer Inkubationszeit zwischen fünf Wochen und drei Monaten wurde die Bildung von Kleistocecia (geschlossener, abgerundeter Asci) beobachtet. Diese Strukturen wurden in der Kontaktzone zwischen den beiden Rassen gebildet.

Dieses Experiment zeigte, dass die sexuelle Reproduktion in P. chrysogenum heterothal ist. Die Herstellung eines Ascogoniums (weibliche Struktur) und eines Antheridiums (männliche Struktur) zweier verschiedener Rassen ist notwendig.

Nach der Bildung von Ascogonium und Antheridium verschmelzen die Zytoplasmen (Plasmogamie) und dann die Kerne (Karyogamie). Diese Zelle tritt in die Meiose ein und führt zu Ascosporen (Geschlechtssporen).

Kulturmedien

Kolonien auf Kulturmedien wachsen sehr schnell. Sie sehen samtig bis baumwollig aus und haben weiße Myzelien am Rand. Die Kolonien sind bläulich-grün gefärbt und produzieren ein reichlich vorhandenes, hellgelbes Exsudat.

In den Kolonien treten fruchtige Aromen auf, ähnlich wie bei Ananas. Bei einigen Rassen ist der Geruch jedoch nicht sehr stark.

Penicillin

Penicillin ist das erste Antibiotikum, das erfolgreich in der Medizin eingesetzt wurde. Dies wurde 1928 vom schwedischen Mykologen Alexander Fleming zufällig entdeckt.

Der Forscher führte ein Experiment mit Bakterien der Gattung Staphylococcus durch und das Kulturmedium war mit dem Pilz kontaminiert. Fleming beobachtete, dass dort, wo sich der Pilz entwickelte, die Bakterien nicht wuchsen.

Penicilline sind betalaktamische Antibiotika, und solche natürlichen Ursprungs werden entsprechend ihrer chemischen Zusammensetzung in verschiedene Typen eingeteilt. Diese wirken hauptsächlich auf grampositive Bakterien, die ihre hauptsächlich aus Peptidoglycan bestehende Zellwand angreifen.

Es gibt mehrere Arten von Penicillium, die Penicillin produzieren können, aber P. chrysogenum ist die mit der höchsten Produktivität. Das erste kommerzielle Penicillin wurde 1941 hergestellt und konnte bereits 1943 in großem Maßstab hergestellt werden.

Natürliche Penicilline sind gegen einige Bakterien, die das Enzym Penicellase produzieren, nicht wirksam. Dieses Enzym hat die Fähigkeit, die chemische Struktur von Penicillin zu zerstören und zu inaktivieren.

Es war jedoch möglich, halbsynthetische Penicilline herzustellen, indem die Zusammensetzung der Brühe, in der das Penicillium gezüchtet wird, geändert wurde. Diese haben den Vorteil, dass sie resistente Penicellase sind und daher gegen einige Krankheitserreger wirksamer sind.

Verweise

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