PENICILLIUM CHRYSOGENUM: ลักษณะสัณฐานวิทยาที่อยู่อาศัย - ชีววิทยา - 2025

Penicillium chrysogenumเป็นสายพันธุ์ของเชื้อราที่ใช้บ่อยที่สุดในการผลิตเพนิซิลลิน ชนิดนี้อยู่ในสกุล Penicillium ของวงศ์ Aspergilliaceae ของ Ascomycota

มีลักษณะเด่นคือเป็นเชื้อราชนิดมีเส้นใยมีเยื่อบุโพรงมดลูก เมื่อปลูกในห้องปฏิบัติการอาณานิคมของมันจะเติบโตอย่างรวดเร็ว มีลักษณะนุ่มเหมือนผ้าฝ้ายและมีสีเขียวอมฟ้า

Penicillium chrysogenum, syn. Penicillium notatum โดย Crulina 98 จาก Wikimedia Commons

ลักษณะทั่วไป

P. chrysogenum เป็นสัตว์จำพวก saprophytic สามารถย่อยสลายสารอินทรีย์เพื่อผลิตสารประกอบคาร์บอนอย่างง่ายที่ใช้ในอาหารได้

ชนิดนี้มีอยู่ทั่วไป (สามารถพบได้ทุกที่) และพบได้ทั่วไปในพื้นที่ปิดพื้นดินหรือเกี่ยวข้องกับพืช นอกจากนี้ยังเติบโตบนขนมปังและสปอร์ของมันมีอยู่ทั่วไปในฝุ่น

สปอร์ของ P. chrysogenum อาจทำให้เกิดอาการแพ้ทางเดินหายใจและปฏิกิริยาทางผิวหนัง นอกจากนี้ยังสามารถผลิตสารพิษประเภทต่างๆที่มีผลต่อมนุษย์

การผลิตเพนิซิลลิน

การใช้สายพันธุ์ที่รู้จักกันดีคือการผลิตเพนิซิลลิน ยาปฏิชีวนะนี้ถูกค้นพบเป็นครั้งแรกโดย Alexander Fleming ในปีพ. ศ. 2471 แม้ว่าในตอนแรกเขาระบุว่าเป็น P. rubrum

แม้ว่าจะมี Penicillium สายพันธุ์อื่นที่สามารถผลิต penicillin ได้ แต่ P. chrysogenum ก็พบได้บ่อยที่สุด การใช้เป็นพิเศษในอุตสาหกรรมยาเนื่องจากการผลิตยาปฏิชีวนะในปริมาณมาก

การทำสำเนา

พวกมันสืบพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศโดยใช้ conidia (สปอร์ไม่แสดงเพศ) ที่ผลิตใน conidiophores สิ่งเหล่านี้ตั้งตรงและมีผนังบางโดยมี phialides เพียงไม่กี่เซลล์

การสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศเกิดขึ้นผ่านแอสโคสปอร์ (สปอร์เพศ) สิ่งเหล่านี้เกิดขึ้นใน asci ที่มีผนังหนา (เนื้อผลไม้)

Ascospores (สปอร์เพศ) ถูกสร้างขึ้นใน asci (ผลไม้) สิ่งเหล่านี้เป็นประเภทคลีลิสโทเธียม (มน) และมีผนัง sclerotic

การผลิตสารทุติยภูมิ

สารทุติยภูมิเป็นสารประกอบอินทรีย์ที่ผลิตโดยสิ่งมีชีวิตที่ไม่เข้าไปแทรกแซงการเผาผลาญของพวกมันโดยตรง ในกรณีของเชื้อราสารประกอบเหล่านี้ช่วยระบุได้

P. chrysogenum มีลักษณะการผลิต roquefortin C, meleagrin และ penicillin การรวมกันของสารประกอบนี้ช่วยในการระบุตัวตนในห้องปฏิบัติการ นอกจากนี้เชื้อรายังสร้างสารทุติยภูมิอื่น ๆ แซนโธซิลินมีหน้าที่ทำให้สีเหลืองของสารหลั่งตามแบบฉบับของสายพันธุ์

ในทางกลับกันมันสามารถผลิตอะฟลาทอกซินซึ่งเป็นสารพิษจากเชื้อราที่เป็นอันตรายต่อมนุษย์ สารพิษเหล่านี้โจมตีระบบตับและอาจนำไปสู่โรคตับแข็งและมะเร็งตับ สปอร์ของเชื้อราปนเปื้อนในอาหารต่าง ๆ ซึ่งเมื่อกินเข้าไปอาจทำให้เกิดพยาธิสภาพนี้ได้

อาหารการกิน

สายพันธุ์คือ saprophytic มีความสามารถในการผลิตเอนไซม์ย่อยอาหารที่ปล่อยออกมาในสารอินทรีย์ เอนไซม์เหล่านี้ย่อยสลายสารตั้งต้นทำลายสารประกอบคาร์บอนเชิงซ้อน

ต่อมาสารประกอบที่ง่ายกว่าจะถูกปล่อยออกมาและสามารถดูดซึมได้โดย hyphae สารอาหารที่กินไม่หมดจะสะสมเป็นไกลโคเจน

Phylogeny และอนุกรมวิธาน

P. chrysogenum ถูกอธิบายครั้งแรกโดย Charles Thom ในปีพ. ศ. 2453 สายพันธุ์นี้มีความหมายเหมือนกันอย่างกว้างขวาง

การมีลักษณะเป็นคำพ้อง

เฟลมมิงในปีพ. ศ. 2472 ได้ระบุสายพันธุ์ที่ผลิตเพนิซิลินเป็น P. rubrum เนื่องจากมีอาณานิคมสีแดง ต่อมาได้มีการกำหนดสายพันธุ์ภายใต้ชื่อ P. notatum

ในปีพ. ศ. 2492 นักวิทยาวิทยา Raper และ Thom ระบุว่า P. notatum มีความหมายเหมือนกันกับ P. chrysogenum ในปีพ. ศ. 2518 ได้มีการแก้ไขกลุ่มสายพันธุ์ที่เกี่ยวข้องกับ P. chrysogenum และมีการเสนอคำพ้องความหมายสำหรับชื่อนี้สิบสี่คำ

คำพ้องความหมายจำนวนมากสำหรับสายพันธุ์นี้เกี่ยวข้องกับความยากลำบากในการสร้างอักขระการวินิจฉัย เป็นที่ชื่นชมว่าการเปลี่ยนแปลงในอาหารเลี้ยงเชื้อมีผลต่อลักษณะบางอย่าง ซึ่งนำไปสู่การระบุอนุกรมวิธานผิดพลาด

เป็นที่น่าสนใจที่จะทราบว่าโดยหลักการของลำดับความสำคัญ (ชื่อที่เผยแพร่ครั้งแรก) ชื่อของอนุกรมวิธานที่เก่าแก่ที่สุดคือ P. griseoroseum ซึ่งตีพิมพ์ในปี 2444 อย่างไรก็ตาม P. chrysogenum ยังคงเป็นชื่อที่ได้รับการอนุรักษ์เนื่องจากมีการใช้อย่างกว้างขวาง

ปัจจุบันลักษณะที่แม่นยำที่สุดในการระบุสายพันธุ์คือการผลิตสารทุติยภูมิ การปรากฏตัวของ roquefortin C, penicillin และ meleagrin รับประกันการระบุตัวตนที่ถูกต้อง

เขตเลือกตั้งปัจจุบัน

P. chrysogenum ถูกล้อมรอบไปยังส่วน Chrysogena ของสกุล Penicillium สกุลนี้จัดอยู่ในวงศ์ Aspergilliaceae ของอันดับ Eurotiales ของ Ascomycota

ส่วน Chrysogena มีลักษณะเป็น conidiophores แบบ terverticylated และสี่วง phialides มีขนาดเล็กและโดยทั่วไปอาณานิคมจะนุ่ม สายพันธุ์ในกลุ่มนี้มีความทนทานต่อความเค็มและเกือบทั้งหมดผลิตเพนิซิลลิน

มีการระบุชนิดของสัตว์ 13 ชนิดโดย P. chrysogenum เป็นชนิดพันธุ์ ส่วนนี้เป็นกลุ่ม monophyletic และเป็นพี่ชายของส่วน Roquefortorum

สัณฐานวิทยา

เชื้อราชนิดนี้มีเส้นใยไมซีเลีย hyphae เป็น septate ซึ่งเป็นลักษณะของ Ascomycota

conidiophores เป็นแบบ terverticylated (มีการแตกแขนงมากมาย) มีผนังบางและเรียบขนาด 250-500 µm

metules (กิ่งก้านของ conidiophore) มีผนังเรียบและ phialides มีลักษณะเป็น ampuliform (รูปขวด) และมักมีผนังหนา

Conidia เป็น subglobose ถึงรูปไข่เส้นผ่านศูนย์กลาง 2.5-3.5 µm และผนังเรียบเมื่อดูด้วยกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง ในกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดผนังจะถูก tuberculated

ที่อยู่อาศัย

P. chrysogenum เป็นสากล พบว่ามีการขยายพันธุ์ในน่านน้ำทะเลเช่นเดียวกับบนพื้นป่าธรรมชาติในเขตอบอุ่นหรือเขตร้อน

เป็นสัตว์จำพวกมีโซฟิลิกที่สามารถเจริญเติบโตได้ระหว่าง 5 - 37 ° C โดยมีอุณหภูมิสูงสุดที่ 23 ° C นอกจากนี้ยังเป็น xerophilic ดังนั้นจึงสามารถพัฒนาได้ในสภาพแวดล้อมที่แห้ง ในทางกลับกันมันสามารถทนต่อความเค็มได้

เนื่องจากความสามารถในการเติบโตในสภาพแวดล้อมต่างๆจึงเป็นเรื่องปกติที่จะพบได้ในบ้าน พบได้ในเครื่องปรับอากาศตู้เย็นและระบบสุขภัณฑ์เป็นต้น

เชื้อราที่พบบ่อยเป็นเชื้อโรคของไม้ผลเช่นลูกพีชมะเดื่อผลไม้รสเปรี้ยวและฝรั่ง ในทำนองเดียวกันอาจทำให้ธัญพืชและเนื้อสัตว์ปนเปื้อนได้ นอกจากนี้ยังเติบโตจากอาหารแปรรูปเช่นขนมปังและคุกกี้

การทำสำเนา

ใน P. chrysogenum มีความโดดเด่นของการสืบพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศ ในการศึกษาเชื้อรามากกว่า 100 ปีจนถึงปี 2013 ยังไม่มีการตรวจสอบการสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศในสายพันธุ์

การสืบพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศ

สิ่งนี้เกิดขึ้นจากการผลิต conidia ใน conidiophores การก่อตัวของโคนิเดียมีความสัมพันธ์กับความแตกต่างของเซลล์สืบพันธุ์เฉพาะ (phialides)

การผลิต Conidia เริ่มต้นเมื่อเยื่อหุ้มเซลล์พืชหยุดการเจริญเติบโตและมีการสร้างกะบัง จากนั้นบริเวณนี้จะเริ่มบวมและมีรูปแบบของกิ่งก้าน เซลล์ปลายยอดของกิ่งแยกความแตกต่างออกไปเป็น phialid ที่เริ่มแบ่งตัวโดยไมโทซิสเพื่อก่อให้เกิดโคนิเดีย

โคนิเดียส่วนใหญ่กระจายไปตามลม เมื่อ conidiospores ไปถึงสภาพแวดล้อมที่เอื้ออำนวยพวกมันจะงอกและก่อให้เกิดเชื้อราในร่างกาย

การสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศ

การศึกษาระยะทางเพศใน P. chrysogenum ไม่ใช่เรื่องง่ายเนื่องจากอาหารเลี้ยงเชื้อที่ใช้ในห้องปฏิบัติการไม่ได้ส่งเสริมการพัฒนาโครงสร้างทางเพศ

ในปี 2013 นักธรณีวิทยาชาวเยอรมัน Julia Böhmและผู้ทำงานร่วมกันสามารถกระตุ้นการสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศในสิ่งมีชีวิต สำหรับสิ่งนี้พวกเขาวางสองเผ่าพันธุ์ที่แตกต่างกันในวุ้นรวมกับข้าวโอ๊ต แคปซูลอยู่ภายใต้ความมืดที่อุณหภูมิระหว่าง 15 ° C ถึง 27 ° C

หลังจากเวลาฟักตัวระหว่างห้าสัปดาห์ถึงสามเดือนพบว่ามีการก่อตัวของ cleistocecia (asci โค้งมนปิด) โครงสร้างเหล่านี้ก่อตัวขึ้นในเขตติดต่อระหว่างสองเผ่าพันธุ์

การทดลองนี้แสดงให้เห็นว่าการสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศใน P. chrysogenum เป็น heterothalic จำเป็นต้องมีการผลิตแอสโคโกเนียม (โครงสร้างเพศหญิง) และแอนเทอริเดียม (โครงสร้างตัวผู้) ของสองเผ่าพันธุ์ที่แตกต่างกัน

หลังจากการก่อตัวของแอสโคโกเนียมและแอนเทอริเดียมไซโทพลาสซึม (พลาสโมกามี) และนิวเคลียส (คาริโอกามี) ฟิวส์ เซลล์นี้เข้าสู่ไมโอซิสและก่อให้เกิดแอสโคสปอร์ (สปอร์เพศ)

อาหารเลี้ยงเชื้อ

อาณานิคมบนอาหารเลี้ยงเชื้อเติบโตอย่างรวดเร็ว พวกมันนุ่มเหมือนผ้าฝ้ายมีลักษณะเป็นไมซีเลียสีขาวที่ขอบ อาณานิคมมีสีเขียวอมฟ้าและมีสารหลั่งสีเหลืองสดใสมากมาย

กลิ่นผลไม้ปรากฏในอาณานิคมคล้ายกับสับปะรด อย่างไรก็ตามในบางสายพันธุ์กลิ่นไม่แรงมาก

เพนิซิลลิน

เพนิซิลลินเป็นยาปฏิชีวนะชนิดแรกที่ใช้ในทางการแพทย์ได้สำเร็จ สิ่งนี้ถูกค้นพบโดยบังเอิญโดย Alexander Fleming นักธรณีวิทยาชาวสวีเดนในปีพ. ศ. 2471

ผู้วิจัยกำลังทำการทดลองกับแบคทีเรียสกุล Staphylococcus และอาหารเลี้ยงเชื้อปนเปื้อนเชื้อรา เฟลมมิงสังเกตว่าเมื่อใดที่เชื้อราพัฒนาขึ้นแบคทีเรียก็ไม่เติบโต

Penicillins เป็นยาปฏิชีวนะ betalactamic และจากแหล่งกำเนิดตามธรรมชาติแบ่งออกเป็นหลายประเภทตามองค์ประกอบทางเคมี สิ่งเหล่านี้ทำหน้าที่ส่วนใหญ่กับแบคทีเรียแกรมบวกที่โจมตีผนังเซลล์ของพวกมันซึ่งประกอบด้วยเพปทิโดไกลแคนเป็นหลัก

มี Penicillium หลายชนิดที่สามารถผลิตเพนิซิลลินได้ แต่ P. chrysogenum เป็นชนิดที่ให้ผลผลิตสูงสุด เพนิซิลลินเชิงพาณิชย์ตัวแรกผลิตขึ้นในปี พ.ศ. 2484 และเร็วที่สุดเท่าที่ปี พ.ศ. 2486 สามารถผลิตได้ในปริมาณมาก

เพนิซิลลินธรรมชาติไม่มีผลกับแบคทีเรียบางชนิดที่ผลิตเอนไซม์เพนิเซลเลส เอนไซม์นี้มีความสามารถในการทำลายโครงสร้างทางเคมีของเพนิซิลลินและยับยั้งการทำงานของมัน

อย่างไรก็ตามสามารถผลิตเพนิซิลลินกึ่งสังเคราะห์ได้โดยการเปลี่ยนองค์ประกอบของน้ำซุปที่เพนิซิลเลียมเติบโต สิ่งเหล่านี้มีข้อได้เปรียบตรงที่เป็นเพนิเซลเลสที่ดื้อยาจึงมีประสิทธิภาพมากกว่าในการต่อต้านเชื้อโรคบางชนิด

อ้างอิง

1. Böhm J, B Hoff, CO´Gorman, S Wolfer, V Klix, D Binger, I Zadra, H Kürnsteiner, S Pöggoler, P Dyer และ U Kück (2013) การสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศและการพัฒนาสายพันธุ์สื่อกลางชนิดผสมพันธุ์ในเพนิซิลลิน - ผลิตเชื้อรา Penicillium chrysogenum PNAS 110: 1476-1481
2. Houbraken และ RA Samson (2011) Phylogeny ของ Penicillium และการแยก Trichocomaceae ออกเป็นสามวงศ์ การศึกษาใน Mycology 70: 1-51
3. Henk DA, CE Eagle, K Brown, MA Van den Berg, PS Dyer, SW Peterson และ MC Fisher (2011) การขยายพันธุ์แม้จะมีการกระจายที่ทับซ้อนกันทั่วโลกใน Penicillium chrysogenum: พันธุกรรมประชากรของเชื้อรานำโชคของ Alexander Fleming นิเวศวิทยาระดับโมเลกุล 20: 4288-4301.
4. Kozakiewicz Z, JC Frisvad, DL Hawksworth, JI Pitt, RA Samson, AC Stolk (1992) ข้อเสนอสำหรับ nomina specifica conservanda และ rejicienda ใน Aspergillus และ Penicillium (Fungi) อนุกรมวิธาน 41: 109-113.
5. Ledermann W (2006) ประวัติของเพนิซิลลินและการผลิตในชิลี รายได้ Chil. การติดเชื้อ 23: 172-176.
6. Roncal, T และ U Ugalde (2003) Conidiation induction in Penicillium. การวิจัยทางจุลชีววิทยา 154: 539-546