PENICILLIUM CHRYSOGENUM: ĐẶC ĐIỂM, HÌNH THÁI, MÔI TRƯỜNG SỐNG - SINH HỌC - 2025

Penicillium chrysogenum là loài nấm thường được sử dụng để sản xuất penicillin. Loài này nằm trong chi Penicillium của họ Aspergilliaceae thuộc bộ Ascomycota.

Nó có đặc điểm là một loại nấm dạng sợi, có các sợi nấm có vách ngăn. Khi nó được trồng trong phòng thí nghiệm, các khuẩn lạc của nó phát triển nhanh chóng. Chúng có bề ngoài mịn như bông đến bông và có màu xanh lam.

Penicillium chrysogenum, syn. Penicillium notatum. Tác giả Crulina 98, từ Wikimedia Commons

Đặc điểm chung

P. chrysogenum là loài sống hoại sinh. Nó có khả năng phân hủy chất hữu cơ để tạo ra các hợp chất carbon đơn giản mà nó sử dụng trong chế độ ăn uống của mình.

Loài này có mặt ở khắp nơi (có thể tìm thấy ở bất cứ đâu) và người ta thường tìm thấy chúng trong không gian kín, mặt đất hoặc gắn với thực vật. Nó cũng phát triển trên bánh mì và các bào tử của nó thường ở dạng bụi.

Bào tử P. chrysogenum có thể gây dị ứng đường hô hấp và phản ứng trên da. Nó cũng có thể tạo ra nhiều loại độc tố ảnh hưởng đến con người.

Sản xuất penicillin

Việc sử dụng được biết đến nhiều nhất của loài này là sản xuất penicillin. Loại kháng sinh này được Alexander Fleming phát hiện lần đầu tiên vào năm 1928, mặc dù ban đầu ông xác định nó là P. rubrum.

Mặc dù có những loài Penicillium khác có khả năng sản xuất penicillin, nhưng P. chrysogenum là loài phổ biến nhất. Nó được ưu tiên sử dụng trong ngành công nghiệp dược phẩm là do sản lượng kháng sinh cao.

Sinh sản

Chúng sinh sản vô tính bằng phương pháp conidia (bào tử vô tính) được tạo ra trong tế bào đồng bào. Chúng mọc thẳng và có thành mỏng, có ít phialit (tế bào sinh bào tử).

Sinh sản hữu tính xảy ra thông qua bào tử không (bào tử sinh dục). Chúng xảy ra ở các asci có vách dày (quả thể).

Ascospores (bào tử giới tính) được tạo ra trong asci (quả thể). Chúng thuộc loại cleistothecium (tròn) và có thành xơ cứng.

Sản xuất các chất chuyển hóa thứ cấp

Các chất chuyển hóa thứ cấp là các hợp chất hữu cơ được tạo ra bởi các sinh vật sống mà không can thiệp trực tiếp vào quá trình trao đổi chất của chúng. Trong trường hợp nấm, các hợp chất này giúp xác định chúng.

P. chrysogenum được đặc trưng bởi sản xuất roquefortin C, meleagrin và penicillin. Sự kết hợp của các hợp chất này tạo điều kiện thuận lợi cho việc xác định chúng trong phòng thí nghiệm. Ngoài ra, nấm còn tạo ra các chất chuyển hóa thứ cấp có màu khác. Xanthoxilin là nguyên nhân tạo ra màu vàng của dịch tiết đặc trưng của loài.

Mặt khác, nó có thể tạo ra aflatoxin, là độc tố nấm mốc có hại cho con người. Những chất độc này tấn công hệ thống gan và có thể dẫn đến xơ gan và ung thư gan. Các bào tử của nấm nhiễm vào các loại thực phẩm khác nhau mà khi ăn vào có thể gây ra bệnh lý này.

Dinh dưỡng

Loài sống hoại sinh. Nó có khả năng sản xuất các enzym tiêu hóa được giải phóng trên các chất hữu cơ. Các enzym này phân hủy chất nền, phá vỡ các hợp chất cacbon phức tạp.

Sau đó, các hợp chất đơn giản hơn được giải phóng và có thể được hấp thụ bởi sợi nấm. Các chất dinh dưỡng không được tiêu thụ sẽ tích tụ thành glycogen.

Phát sinh loài và phân loại học

P. chrysogenum được Charles Thom mô tả lần đầu tiên vào năm 1910. Loài này có từ đồng nghĩa rộng rãi (các tên gọi khác nhau cho cùng một loài).

Từ đồng nghĩa

Năm 1929, Fleming xác định loài sản xuất penicillin là P. rubrum, do sự hiện diện của khuẩn lạc màu đỏ. Sau đó, loài này được gán dưới tên P. notatum.

Năm 1949, các nhà nghiên cứu thần học Raper và Thom chỉ ra rằng P. notatum đồng nghĩa với P. chrysogenum. Năm 1975, một bản sửa đổi của nhóm các loài liên quan đến P. chrysogenum đã được thực hiện và mười bốn từ đồng nghĩa đã được đề xuất cho tên này.

Số lượng lớn các từ đồng nghĩa cho loài này có liên quan đến khó khăn trong việc thiết lập các ký tự chẩn đoán. Người ta đã đánh giá cao rằng các biến thể trong môi trường nuôi cấy ảnh hưởng đến một số đặc điểm. Điều này đã dẫn đến việc xác định sai đơn vị phân loại.

Điều thú vị là theo nguyên tắc ưu tiên (tên được công bố đầu tiên), tên của đơn vị phân loại lâu đời nhất là P. griseoroseum, được xuất bản vào năm 1901. Tuy nhiên, P. chrysogenum vẫn là một cái tên được bảo tồn do được sử dụng rộng rãi.

Hiện nay, các đặc điểm chính xác nhất để xác định loài là sản xuất các chất chuyển hóa thứ cấp. Sự hiện diện của roquefortin C, penicillin và meleagrin, đảm bảo nhận dạng chính xác.

Khu vực bầu cử hiện tại

P. chrysogenum được mô tả trong phần Chrysogena của chi Penicillium. Chi này nằm trong họ Aspergilliaceae thuộc bộ Eurotiales của Ascomycota.

Phần Chrysogena được đặc trưng bởi tế bào đơn bào bốn vòng và có ba lông. Các phialide nhỏ và các khuẩn lạc thường mượt như nhung. Các loài trong nhóm này có khả năng chịu mặn và hầu hết đều tạo ra penicillin.

13 loài đã được xác định cho phần này, với P. chrysogenum là loài điển hình. Phần này là một nhóm đơn ngành và là anh em của phần Roquefortorum.

Hình thái học

Loại nấm này có sợi nấm dạng sợi. Các sợi nấm có vách ngăn, đó là đặc điểm của Ascomycota.

Các tế bào mầm được terverticyl hóa (với sự phân nhánh nhiều). Chúng mỏng và có thành mịn, kích thước 250-500 µm.

Các metules (các nhánh của conidiophore) có thành nhẵn và các phialit có dạng ampuli (hình chai), và thường có thành dày.

Bào tử có hình cầu nhỏ đến hình elip, đường kính 2,5-3,5 µm, và có vách nhẵn khi quan sát bằng kính hiển vi ánh sáng. Trong kính hiển vi điện tử quét, các bức tường bị lao.

Môi trường sống

P. chrysogenum là loài phổ biến trên thế giới. Loài này đã được tìm thấy mọc ở các vùng nước biển, cũng như trên các tầng rừng tự nhiên ở các vùng ôn đới hoặc nhiệt đới.

Nó là một loài ưa nhiệt có thể phát triển trong khoảng từ 5 - 37 ° C, với nhiệt độ tối ưu là 23 ° C. Ngoài ra, nó là xerophilic, vì vậy nó có thể phát triển trong môi trường khô. Mặt khác, nó có khả năng chịu mặn.

Do khả năng phát triển trong nhiều điều kiện môi trường khác nhau, nên người ta thường tìm thấy nó trong nhà. Nó đã được tìm thấy trong điều hòa không khí, tủ lạnh và hệ thống vệ sinh, trong số những người khác.

Đây là một loại nấm thường xuyên gây bệnh cho cây ăn quả như đào, sung, cam quýt và ổi. Tương tự như vậy, nó có thể làm ô nhiễm ngũ cốc và thịt. Nó cũng phát triển trên các loại thực phẩm chế biến sẵn như bánh mì và bánh quy.

Sinh sản

Ở P. chrysogenum có ưu thế sinh sản vô tính. Trong hơn 100 năm nghiên cứu về loài nấm này, cho đến năm 2013 sự sinh sản hữu tính ở loài này vẫn chưa được kiểm chứng.

Sinh sản vô tính

Điều này xảy ra thông qua quá trình sản xuất bào tử trong tế bào đồng bào con. Sự hình thành bào tử có liên quan đến sự biệt hóa của các tế bào sinh sản chuyên biệt (phialide).

Quá trình sản sinh bào tử bắt đầu khi sợi nấm sinh dưỡng ngừng phát triển và vách ngăn được hình thành. Sau đó, khu vực này bắt đầu sưng lên và một loạt các nhánh hình thành. Tế bào đỉnh của các nhánh đã biệt hoá thành thể phialid bắt đầu phân chia bằng nguyên phân để làm phát sinh tế bào bào tử.

Các bào tử phân tán chủ yếu nhờ gió. Khi bào tử bào tử gặp môi trường thuận lợi, chúng sẽ nảy mầm và phát sinh cơ thể sinh dưỡng của nấm.

Sinh sản hữu tính

Việc nghiên cứu giai đoạn hữu tính ở P. chrysogenum không dễ dàng, vì môi trường nuôi cấy được sử dụng trong phòng thí nghiệm không thúc đẩy sự phát triển của cấu trúc sinh dục.

Năm 2013, nhà nấm học người Đức Julia Böhm và các cộng sự đã tìm cách kích thích sinh sản hữu tính ở loài này. Đối với điều này, họ đã đặt hai chủng tộc khác nhau trên thạch kết hợp với bột yến mạch. Các viên nang được đặt trong bóng tối ở nhiệt độ từ 15 ° C đến 27 ° C.

Sau thời gian ủ bệnh từ năm tuần đến ba tháng, người ta quan sát thấy sự hình thành cleistocecia (asci tròn đóng). Những cấu trúc này được hình thành trong vùng tiếp xúc giữa hai chủng tộc.

Thí nghiệm này chứng minh rằng sinh sản hữu tính ở P. chrysogenum là sinh sản dị hợp. Việc sản xuất ascogonium (cấu trúc nữ) và antheridium (cấu trúc nam) của hai chủng tộc khác nhau là cần thiết.

Sau sự hình thành của ascogonium và antheridium, các tế bào (plasmogamy) và sau đó là các hạt nhân (karyogamy) hợp nhất. Tế bào này xâm nhập vào meiosis và tạo ra các bào tử không bào tử (bào tử giới tính).

Văn hóa truyền thông

Các khuẩn lạc trên môi trường nuôi cấy phát triển rất nhanh. Chúng có bề ngoài mượt như bông đến bông, với các sợi nấm màu trắng ở rìa. Các khuẩn lạc có màu xanh lục hơi xanh và tiết ra nhiều dịch tiết màu vàng tươi.

Mùi thơm trái cây xuất hiện trong các khuẩn lạc, tương tự như dứa. Tuy nhiên, ở một số giống, mùi không nồng.

Penicillin

Penicillin là kháng sinh đầu tiên được sử dụng thành công trong y học. Điều này được phát hiện một cách tình cờ bởi nhà thần học Thụy Điển Alexander Fleming vào năm 1928.

Nhà nghiên cứu đang tiến hành một thí nghiệm với vi khuẩn thuộc giống Staphylococcus và môi trường nuôi cấy đã bị nhiễm nấm. Fleming quan sát thấy nấm phát triển ở đâu thì vi khuẩn không phát triển.

Penicillin là kháng sinh betalactamic và những kháng sinh có nguồn gốc tự nhiên được phân thành nhiều loại theo thành phần hóa học của chúng. Chúng hoạt động chủ yếu trên vi khuẩn Gram dương tấn công thành tế bào của chúng, được cấu tạo chủ yếu bởi peptidoglycan.

Có một số loài Penicillium có khả năng sản xuất penicillin, nhưng P. chrysogenum là loài có năng suất cao nhất. Penicillin thương mại đầu tiên được sản xuất vào năm 1941 và ngay từ năm 1943, nó đã được sản xuất trên quy mô lớn.

Các penicilin tự nhiên không có hiệu quả chống lại một số vi khuẩn tạo ra enzym penicellase. Enzyme này có khả năng phá hủy cấu trúc hóa học của penicillin và làm bất hoạt nó.

Tuy nhiên, có thể sản xuất penicillin bán tổng hợp bằng cách thay đổi thành phần của nước dùng nơi Penicillium được trồng. Chúng có ưu điểm là chúng kháng penicellase, do đó hiệu quả hơn trong việc chống lại một số mầm bệnh.

Người giới thiệu

1. Böhm J, B Hoff, CO´Gorman, S Wolfer, V Klix, D Binger, I Zadra, H Kürnsteiner, S Pöggoler, P Dyer và U Kück (2013) Sinh sản hữu tính và sự phát triển dòng qua trung gian kiểu giao phối trong penicillin- sản xuất nấm Penicillium chrysogenum. PNAS 110: 1476-1481.
2. Houbraken và RA Samson (2011) Phát sinh loài của Penicillium và sự phân tách họ Trichocomaceae thành ba họ. Các nghiên cứu về Mycology 70: 1-51.
3. Henk DA, CE Eagle, K Brown, MA Van den Berg, PS Dyer, SW Peterson và MC Fisher (2011) Sự phân bố bất chấp sự phân bố chồng chéo trên toàn cầu ở Penicillium chrysogenum: quần thể di truyền của nấm may mắn Alexander Fleming. Hệ sinh thái phân tử 20: 4288-4301.
4. Kozakiewicz Z, JC Frisvad, DL Hawksworth, JI Pitt, RA Samson, AC Stolk (1992) Đề xuất cho đề xuất cụ thể đối với loài bảo tồn và rejicienda ở Aspergillus và Penicillium (Fungi). Phân loại 41: 109-113.
5. Ledermann W (2006) Lịch sử của penicillin và việc sản xuất nó ở Chile. Linh mục Chil. Lây nhiễm. 23: 172-176.
6. Roncal, T và U Ugalde (2003) Cảm ứng đồng hóa ở Penicillium. Nghiên cứu vi sinh vật học. 154: 539-546.