Из Википедии, свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Penicillium rubens
Penicillium rubens (типовой экземпляр) .png
Научная классификация редактировать
Царство:Грибы
Разделение:Аскомикота
Класс:Евротиомицеты
Приказ:Евротиалы
Семья:Trichocomaceae
Род:Пенициллий
Разновидность:
П. Рубенс
Биномиальное имя
Penicillium rubens
Биург (1910)

Penicillium rubens - это вид грибка из рода Penicillium, который был первым известным видом, продуцирующим антибиотик пенициллин . Впервые он был описан Филибером Мельхиором Джозефом Эхи Биурджем в 1923 году. За открытие пенициллина этого вида Александр Флеминг получил Нобелевскую премию по физиологии и медицине в 1945 году. [1] Первоначальный производящий пенициллин тип был по-разному идентифицирован как Penicillium rubrum , P. notatum и P. chrysogenum среди других, но геномное сравнение и филогенетический анализ в 2011 году показали, что это P. rubens. [2] [3]Это лучший источник пенициллинов, он производит бензилпенициллин (G), феноксиметилпенициллин (V) и октаноилпенициллин (K). Она также производит другие важные биологически активные соединения , такие как andrastin , chrysogine, fungisporin, roquefortine и sorbicillins. [4] [5]

История [ править ]

Французский микробиолог Филибер Мельхиор Жозеф Эхи Биург был первым, кто описал P. rubens в 1923 году. [6] Лечебное значение было обнаружено Александром Флемингом, врачом больницы Святой Марии в Лондоне . В сентябре 1928 года Флеминг обнаружил, что одна из его бактериальных культур ( Staphylococcus aureus ) была заражена плесенью, и что область вокруг плесени подавляла рост бактерий. Он дал название пенициллин якобы антибактериальному веществу, производимому плесенью. После серии экспериментальных испытаний он опубликовал свое открытие в июньском номере журнала British Journal of Experimental Pathology за 1929 год . [7]С помощью своего коллеги Чарльза Дж. Ла Туша Флеминг идентифицировал гриб как Penicillium rubrum . [1]

Но Чарльз Том из Министерства сельского хозяйства США , Пеория, Иллинойс, сравнил образец со своей коллекцией видов Penicillium и исправил вид как P. notatum. В своей публикации в 1931 году он решил, что P. notatum является членом комплекса видов P. chrysogenum , который он описал в 1910 году. [8] P. notatum был описан шведским химиком Ричардом Вестлингом в 1811 году. Том принял и популяризировал использование P. chrysogenum. [9] После открытия других новых видов и таксономической переоценки три вида, P. notatum , P. meleagrinum,и P. cyaneofulvum были признаны P. chrysogenum. [10] [11] Семнадцатый Международный ботанический конгресс, состоявшийся в Вене, Австрия, в 2005 году, принял название P. chrysogenum в качестве сохраняемого названия ( nomen conservandum ). [12]

Последовательность всего генома и филогенетический анализ, особенно с использованием последовательностей β-тубулина, в 2011 году показали, что P. notatum - это P. rubens, а P. chrysogenum - другой вид. [2] [13]

Биология [ править ]

Penicillium rubens (CBS 205.57 = NRRL 824 = IBT 30142), оригинальный производитель пенициллина Флеминга. A – C. Колонии семидневного возраста 25 ° CA Колонии в агаре с дрожжевым экстрактом Чапека. B. Колонии в агаре с солодовым экстрактом. C. Колонии в сахарозном агаре с дрожжевым экстрактом. D – H. Кондиофоры. I. Конидии. Штанги = 10 мкм.

P. rubens - распространенный гриб комнатной среды. Наряду с Cladosporium halotolerans и Aspergillus niger , это одна из неприятных форм плесени при высокой влажности. Это наиболее стойкая плесень, поскольку для роста и размножения ей требуется меньше воды. [14] Имеет мягкую и бархатистую поверхность. Споровые нити, конидиеносцы , гладкие, их длина составляет 200-300 мкм. Волосатая поверхность, пенициллы длиной 8-12 мкм. Конидии имеют гладкие стенки, эллипсоидальную форму, длину 2,5-4,0 мкм, имеют синий или голубовато-зеленый цвет. [15]Он существует в ряде штаммов, из которых наиболее важными являются штамм Флеминга (обозначенный CBS 205.57 или NRRL 824 или IBT 30142), из которого был открыт первый пенициллин, и штамм Висконсин (NRRL1951), полученный из дыни в Пеории, Иллинойс, в 1944 г. и использовался для промышленного производства пенициллина G. [16] Сам оригинальный штамм из штата Висконсин был произведен в виде множества штаммов. [17]

Геном [ править ]

P. rubens имеет четыре хромосомы. [18] Геном штамма Висконсин наиболее изучен. Ядерный геном штамма 54-1255, рассматриваемого как продуцент с низким содержанием пенициллина, имеет размер 32,19 МБ. Существует 13 653 открытых рамки считывания (ORF), включая 592 вероятных псевдогена и 116 укороченных ORF. [19] Три гена, а именно pcbAB, pcbC и penDE, составляют основные сайты биосинтеза пенициллина. Они распределены в кластерах среди других (ORF) в области 58,8 т.п.н. [20] на хромосоме 2. [18] [17] pcbAB кодирует фермент α-аминоадипоил-L-цистеинил-D- валинсинтетазу , pcbCкодирует изопенициллинN (IPN) синтазу и penDE , кодирующий ацил-КоА: изопенициллинN-ацилтрансферазу. [21] Штамм с высоким уровнем продуцирования пенициллина, NCPC10086, имеет немного больший геном (32,3 млн), содержащий около 13 290 генов, кодирующих белок. По крайней мере, 69 генов отсутствуют в штамме 54-1255. Ген Pch018g00010, который кодирует ферменты метаболизма глутатиона, считается ключевым фактором в повышении выработки пенициллина этим штаммом. [22]

Митохондриальный геном состоит из 31 790 п.н. и 17 открытых рамок считывания. [19] Ферментов, синтезируемых из ядерного генома, недостаточно для полного синтеза пенициллина. Ферменты конечного пути биосинтеза, такие как ацил-КоА: изопенициллинN-ацилтрансфераза28 и фенилацетил-КоА-лигаза, синтезируются в отдельных клеточных органеллах, называемых микротелами ( пероксисомами ). Ген пероксисомы pex11 необходим для контроля количества синтеза пенициллина; чем больше ген активирован ( экспрессируется ), тем больше пенициллинов. [23]

Использует [ редактировать ]

P. rubens является основным источником класса антибиотиков, пенициллинов. Вид производит три таких соединения: бензилпенициллин (G), феноксиметилпенициллин (V) и октаноилпенициллин (K). [24] Пенициллин G - первое соединение природного происхождения, выделенное и используемое в качестве антибиотика. [25] [26] [27] Это также источник цефалоспоринов . [28]

Ссылки [ править ]

  1. ^ а б Лалчхандама, К. (2020). «Переоценка соплей и плесени Флеминга» . Научное видение . 20 (1): 29–42. DOI : 10.33493 / scivis.20.01.03 .
  2. ^ a b Хоубракен, Джос; Frisvad, Jens C .; Самсон, Роберт А. (2011). «Пенициллин-продуцентный штамм Флеминга - это не Penicillium chrysogenum, а P. rubens» . IMA Fungus . 2 (1): 87–95. DOI : 10,5598 / imafungus.2011.02.01.12 . PMC 3317369 . PMID 22679592 .  
  3. ^ Хиббетт, Дэвид С .; Тейлор, Джон В. (2013). «Грибковая систематика: приближается ли новый век просвещения?» . Обзоры природы микробиологии . 11 (2): 129–133. DOI : 10.1038 / nrmicro2963 . PMID 23288349 . S2CID 17070407 .  
  4. ^ Visagie, CM; Houbraken, J .; Frisvad, JC; Hong, S.-B .; Клаассен, CHW; Perrone, G .; Зейферт, KA; Varga, J .; Yaguchi, T .; Самсон, РА (2014). «Идентификация и номенклатура рода Penicillium» . Исследования в области микологии . 78 : 343–371. DOI : 10.1016 / j.simyco.2014.09.001 . PMC 4261876 . PMID 25505353 .  
  5. ^ Поль, Карстен; Полли, Фабиола; Шютце, Табеа; Виггиано, Аннарита; Можик, Ласло; Юнг, Саша; де Врис, Мааике; Бовенберг, Роэль А.Л .; Мейер, Вера; Дриссен, Арнольд Дж. М. (2020). «Платформенный штамм Penicillium rubens для производства вторичных метаболитов» . Научные отчеты . 10 (1): 7630. DOI : 10.1038 / s41598-020-64893-6 . PMC 203126 . PMID 32376967 .  
  6. ^ Биург, П. (1923). "Муссисюр дю группы Penicillium Link" . La Cellule . 33 : 7–331.
  7. ^ Флеминг, Александр (1929). «Об антибактериальном действии культур Penicillium с особым упором на их использование для выделения B. influenz» . Британский журнал экспериментальной патологии . 10 (3): 226–236. DOI : 10.1093 / clinids / 2.1.129 . JSTOR 4452419 . PMC 2048009 . PMID 11545337 .   
  8. ^ «Приложение. История используемых видов и диагнозы видов, поставленные доктором Томом» . Философские труды Лондонского королевского общества. Серия B, содержащая статьи биологического характера . 220 (468–473): 83–92. 1931. DOI : 10.1098 / rstb.1931.0015 .
  9. ^ Том, Чарльз (1945). «Микология представляет пенициллин». Mycologia . 37 (4): 460–475. DOI : 10.2307 / 3754632 . JSTOR 3754632 . 
  10. ^ Самсон, РА; Hadlok, R .; Столк, Амелия С. (1977). «Таксономическое исследование серии Penicillium chrysogenum». Антони ван Левенгук . 43 (2): 169–175. DOI : 10.1007 / BF00395671 . PMID 413477 . S2CID 41843432 .  
  11. ^ Скотт, Джеймс; Untereiner, Wendy A .; Вонг, Бесс; Straus, Neil A .; Маллок, Дэвид (2004). «Генотипическая изменчивость Penicillium chysogenum из помещений». Mycologia . 96 (5): 1095–1105. DOI : 10.1080 / 15572536.2005.11832908 . PMID 21148929 . S2CID 30505910 .  
  12. ^ «Международный кодекс ботанической номенклатуры (ВЕНСКИЙ КОДЕКС). Приложение IV Nomina specifica conservanda et rejicienda. B. Fungi» . Международная ассоциация систематики растений . 2006 . Проверено 17 июня 2020 .
  13. ^ Houbraken, J .; Frisvad, JC; Зейферт, KA; Овери, Д.П .; Тутхилл, DM; Вальдес, Дж. Г.; Самсон, РА (31 декабря 2012 г.). «Новые виды Penicillium, производящие пенициллин, и обзор секции Chrysogena» . Персония - молекулярная филогения и эволюция грибов . 29 (1): 78–100. DOI : 10.3767 / 003158512X660571 . PMC 3589797 . PMID 23606767 .  
  14. ^ Сегерс, Фрэнк JJ; van Laarhoven, Karel A .; Huinink, Hendrik P .; Адан, Олаф К.Г.; Wösten, Han AB; Dijksterhuis, янв (2016). Brakhage, AA (ред.). «Комнатный гриб Cladosporium halotolerans переживает динамику влажности заметно лучше, чем Aspergillus niger и Penicillium rubens, несмотря на меньший рост при пониженной постоянной активности воды» . Прикладная и экологическая микробиология . 82 (17): 5089–5098. DOI : 10,1128 / AEM.00510-16 . PMC 4988216 . PMID 27316968 .  
  15. ^ "Penicillium rubens Biourge ATCC ® 28089 ™" . www.atcc.org . Проверено 17 июня 2020 .
  16. ^ Рэпер, КБ; Александр, Д.Ф .; Когхилл, RD (1944). «Пенициллин: II. Естественные вариации и производство пенициллина у Penicillium notatum и родственных ему видов» . Журнал бактериологии . 48 (6): 639–659. DOI : 10.1128 / JB.48.6.639-659.1944 . PMC 374019 . PMID 16560880 .  
  17. ^ а б Мартин, Хуан Ф. (2020). «Понимание генома различных штаммов Penicillium chrysogenum: конкретные гены, кластерные дублирования и транслокации фрагментов ДНК» . Международный журнал молекулярных наук . 21 (11): 3936. DOI : 10,3390 / ijms21113936 . PMC 7312703 . PMID 32486280 .  
  18. ^ а б Фиерро, Франсиско; Гутьеррес, Сантьяго; Диез, Бруно; Мартин, Хуан Ф. (1993). «Разрешение четырех больших хромосом у нитчатых грибов, продуцирующих пенициллин: кластер генов пенициллина расположен на хромосоме II (9,6 МБ) в Penicillium notatum и на хромосоме 1 (10,4 МБ) в Penicillium chrysogenum». Молекулярная и общая генетика MGG . 241–241 (5–6): 573–578. DOI : 10.1007 / BF00279899 . PMID 8264531 . S2CID 13542522 .  
  19. ^ а б ван ден Берг, Марко А; Албанг, Ричард; Альберманн, Кай; Барсук, Джонатан Х; Даран, Жан-Марк; М. Дриссен, Арнольд Дж; Гарсиа-Эстрада, Карлос; Федорова Натали Д; Харрис, Диана М; Heijne, Wilbert HM; Джоардар, Винита (2008). «Секвенирование и анализ генома мицелиального гриба Penicillium chrysogenum» . Природа Биотехнологии . 26 (10): 1161–1168. DOI : 10.1038 / nbt.1498 . PMID 18820685 . 
  20. ^ Díez, B .; Gutiérrez, S .; Барредо, JL; van Solingen, P .; van der Voort, LH; Мартин, Дж. Ф. (1990). «Кластер генов биосинтеза пенициллина. Идентификация и характеристика гена pcbAB, кодирующего альфа-аминоадипил-цистеинил-валинсинтетазу, и связь с генами pcbC и penDE». Журнал биологической химии . 265 (27): 16358–16365. PMID 2129535 . 
  21. ^ Fierro, F .; Барредо, JL; Diez, B .; Gutierrez, S .; Fernandez, FJ; Мартин, Дж. Ф. (1995). «Кластер гена пенициллина амплифицируется в тандемных повторах, связанных консервативными гексануклеотидными последовательностями» . Труды Национальной академии наук . 92 (13): 6200–6204. DOI : 10.1073 / pnas.92.13.6200 . PMC 41670 . PMID 7597101 .  
  22. ^ Ван, Фу-Цян; Чжун, Цзюнь; Чжао, Инь; Сяо, Цзинфа; Лю, Цзин; Дай, Мэн; Чжэн, Гуйчжэнь; Чжан, Ли; Ю, Джун; Ву, Цзяянь; Дуань, Баолин (2014). «Секвенирование генома промышленного штамма Penicillium chrysogenum с высоким содержанием пенициллина» . BMC Genomics . 15 (Дополнение 1): S11. DOI : 10.1186 / 1471-2164-15-S1-S11 . PMC 4046689 . PMID 24564352 .  
  23. ^ Киль, Ян AKW; van der Klei, Ida J .; ван ден Берг, Марко А .; Бовенберг, Роэль А.Л .; Винхуис, Мартен (2005). «Избыточное производство одного белка, Pc-Pex11p, приводит к двукратному увеличению продукции пенициллина Penicillium chrysogenum». Генетика и биология грибов . 42 (2): 154–164. DOI : 10.1016 / j.fgb.2004.10.010 . PMID 15670713 . 
  24. ^ Ферреро, Массачусетс; Reglero, A .; Martín-Villacorta, J .; Fernández-Cañón, JM; Луенго, JM (1990). «Биосинтез бензилпенициллина (G), феноксиметилпенициллина (V) и октаноилпенициллина (K) из S-производных глутатиона» . Журнал антибиотиков . 43 (6): 684–691. DOI : 10,7164 / antibiotics.43.684 . PMID 2166024 . 
  25. ^ Винкль, Уолтон Ван; Хервик, Роберт П. (1945). «Пенициллин - обзор *» . Журнал Американской фармацевтической ассоциации . 34 (4): 97–109. DOI : 10.1002 / jps.3030340402 . PMC 3802448 . 
  26. ^ Лобановская, Мария; Пилла, Джулия (2017). «Открытие пенициллина и устойчивость к антибиотикам: уроки на будущее?» . Йельский журнал биологии и медицины . 90 (1): 135–145. PMC 5369031 . PMID 28356901 .  
  27. Перейти ↑ Bush, K (2004). «Открытие антибактериальных препаратов в 21 веке». Клиническая микробиология и инфекции . 10 : 10–17. DOI : 10.1111 / j.1465-0691.2004.1005.x . PMID 15522035 . 
  28. ^ Кантуэлл, Калифорния; Beckmann, RJ; Dotzlaf, JE; Фишер, DL; Скатруд, ПЛ; Ага, WK; Куинер, SW (1990). «Клонирование и экспрессия гибридного гена cefE Streptomyces clavuligerus в Penicillium chrysogenum». Текущая генетика . 17 (3): 213–221. DOI : 10.1007 / BF00312612 . PMID 2111228 . S2CID 9230950 .