Penicillium chrysogenum: características, morfologia, habitat

Penicillium chrysogenum é a espécie de fungo mais utilizada na produção de penicilina. A espécie pertence ao gênero Penicillium da família Aspergilliaceae da Ascomycota .

É caracterizada por ser um fungo filamentoso, com hifas enterradas . Quando cultivadas em laboratório, suas colônias estão crescendo rapidamente. Eles têm uma aparência aveludada a verde esverdeada e azulada.

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Penicillium chrysogenum, syn. Penicillium notatum. Por Crulina 98 [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) ou GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html)], do Wikimedia Commons

Características gerais

P. chrysogenum é uma espécie saprófita. É capaz de decompor a matéria orgânica para produzir compostos simples de carbono que utiliza em sua dieta.

A espécie é onipresente (pode ser encontrada em qualquer lugar) e é comum encontrá-la em espaços fechados, no solo ou associados a plantas. Também cresce no pão e seus esporos são comuns na poeira.

Os esporos de P. chrysogenum podem causar alergias respiratórias e reações cutâneas. Também pode produzir vários tipos de toxinas que afetam os seres humanos.

Produção de penicilina

O uso mais conhecido da espécie é a produção de penicilina. Este antibiótico foi descoberto por Alexander Fleming em 1928, embora ele inicialmente o tenha identificado como P. rubrum .

Embora existam outras espécies de Penicillium capazes de produzir penicilina, P. chrysogenum é a mais comum. Seu uso preferido na indústria farmacêutica é devido à sua alta produção do antibiótico.

Reprodução

Eles se reproduzem assexuadamente através de conídios (esporos assexuais) que ocorrem nos conidióforos. São eretas e de paredes finas, com poucos filóides (células produtoras de conídios).

A reprodução sexuada ocorre através de ascósporos (esporos sexuais). Estes ocorrem em desgostos (corpos de frutificação) com paredes espessas.

Os ascósporos (esporos sexuais) são produzidos com nojo (corpos de frutificação). São do tipo Cleistoteciano (arredondado) e possuem paredes esclerotizadas.

Produção de metabolitos secundários

Metabolitos secundários são compostos orgânicos produzidos por seres vivos e que não interferem diretamente em seu metabolismo. No caso de fungos, esses compostos ajudam na identificação.

P. chrysogenum é caracterizada pela produção de roquefortina C, meleagrina e penicilina. Essa combinação de compostos facilita sua identificação em laboratório. Além disso, o fungo produz outros metabólitos secundários coloridos. Xantoxicinas são a causa da cor amarela do exsudato típico das espécies.

Por outro lado, pode produzir aflatoxinas, que são micotoxinas prejudiciais aos seres humanos. Essas toxinas atacam o sistema hepático e podem levar a cirrose e câncer de fígado. Os esporos do fungo contaminam vários alimentos que, quando ingeridos, podem causar essa patologia.

Nutrição

A espécie é saprófita . Tem a capacidade de produzir enzimas digestivas que são liberadas na matéria orgânica. Essas enzimas degradam o substrato, quebrando compostos de carbono complexos.

Posteriormente, os compostos mais simples são liberados e podem ser absorvidos pelas hifas . Os nutrientes que não são consumidos se acumulam como glicogênio.

Filogenia e taxonomia

P. chrysogenum foi descrito pela primeira vez por Charles Thom em 1910. A espécie possui um sinônimo (nomes diferentes para a mesma espécie) extenso.

Sinonímia

Fleming, em 1929, identificou as espécies produtoras de penicilina como P. rubrum , devido à presença de uma colônia vermelha. Posteriormente, a espécie foi designada sob o nome de P. notatum .

Em 1949, os micologistas Raper e Thom indicaram que P. notatum é sinônimo de P. chrysogenum . Em 1975, foi feita uma revisão do grupo de espécies relacionadas a P. chrysogenum e catorze sinônimos foram propostos para esse nome.

O grande número de sinônimos para esta espécie está relacionado à dificuldade de estabelecer caracteres diagnósticos. Foi apreciado que variações no meio de cultura afetam algumas características. Isso levou a erros de identificação do táxon.

É interessante notar que, por princípio de prioridade (primeiro nome publicado), o nome do táxon mais antigo é P. griseoroseum, publicado em 1901. No entanto, P. chrysogenum permanece como um nome retido por seu amplo uso.

Atualmente, os caracteres mais precisos para identificar as espécies são a produção de metabólitos secundários. A presença de roquefortina C, penicilina e meleagrin, garante a identificação correta.

Circunscrição Atual

P. chrysogenum é limitado à seção Chrysogena do gênero Penicillium . Este gênero está localizado na família Aspergilliaceae da ordem Eurotiales do Ascomycota.

A seção Chrysogena é caracterizada por apresentar conidióforos terverticilados e quatro verticilatos. Os filóides são pequenos e as colônias geralmente aveludadas. As espécies deste grupo são tolerantes à solução salina e quase todas produzem penicilina.

13 espécies foram designadas para a seção, sendo P. chrysogenum a espécie-tipo. Esta seção é um grupo monofilético e é o irmão da seção Roquefortorum.

Morfologia

Este fungo possui micélios filamentosos. As hifas estão enterradas, o que é característico do Ascomycota.

Os conidióforos são terverticilados (com ramificações abundantes). São finas e de paredes lisas, medindo 250-500 µm.

As métricas (ramos do conidóforo) têm paredes lisas e os filóides são ampuliformes (em forma de garrafa), e geralmente com paredes espessas.

Os conídios são subglobos até elípticos, com 2,5 – 3,5 µm de diâmetro e paredes lisas quando vistos com o microscópio óptico. No microscópio eletrônico de varredura, as paredes são tuberculadas.

Habitat

P. chrysogenum é cosmopolita. A espécie foi encontrada crescendo em águas marinhas, bem como no solo de florestas naturais em áreas temperadas ou tropicais.

É uma espécie mesofílica que pode crescer entre 5 – 37 ° C, com ótima a 23 ° C. Além disso, é xerófilo, podendo se desenvolver em ambientes secos. Por outro lado, é tolerante à salinidade.

Devido à capacidade de crescer em várias condições ambientais, é comum encontrá-lo em ambientes fechados. Foi encontrado em ar condicionado, geladeiras e sistemas sanitários, entre outros.

É um fungo frequente como patógeno de árvores frutíferas, como pêssegos, figos, frutas cítricas e goiabas. Também pode contaminar cereais e carne. Também cresce em alimentos processados, como pães e biscoitos.

Reprodução

Em P. chrysogenum há predominância de reprodução assexuada. Em mais de 100 anos de estudo do fungo, até 2013 a reprodução sexual da espécie não foi comprovada.

Reprodução assexuada

Isso ocorre através da produção de conídios nos conidióforos. A formação de conídios está associada à diferenciação de células reprodutivas especializadas (filóides).

A produção de conídios começa quando uma hifa vegetativa interrompe seu crescimento e um septo é formado. Então, essa área começa a inchar e uma série de ramos é formada. A célula apical dos ramos difere no filídeo que começa a se dividir por mitose para originar conídios.

Os conídios são espalhados principalmente pelo vento. Quando os conidiosporos atingem um ambiente favorável, germinam e dão origem ao corpo vegetativo do fungo.

Reprodução sexual

O estudo da fase sexual em P. chrysogenum não foi simples, pois os meios de cultura utilizados em laboratório não promovem o desenvolvimento de estruturas sexuais.

Em 2013, a micologista alemã Julia Böhm e colaboradores conseguiram estimular a reprodução sexual da espécie. Para isso, eles colocaram duas raças diferentes em ágar combinado com aveia. As cápsulas foram submetidas à escuridão a uma temperatura entre 15 ° C e 27 ° C.

Após um período de incubação entre cinco semanas a três meses, observou-se a formação de cleistocecia (discos fechados arredondados). Essas estruturas se formaram na zona de contato entre as duas raças.

Este experimento mostrou que a reprodução sexual de P. chrysogenum é heterotálica. É necessária a produção de um ascogônio (estrutura feminina) e um anteídio (estrutura masculina) de duas raças diferentes.

Após a formação de ascogônio e anteídio, os citoplasmas (plasmogamia) e depois os núcleos (cariogamia) são fundidos. Esta célula entra na meiose e dá origem a ascósporos (esporos sexuais).

Meios de cultura

As colônias nos meios de cultura crescem muito rapidamente. São aveludados até algodões, com micélios brancos nas margens. As colônias são verde azuladas e produzem um exsudado abundante de cor amarela brilhante.

Aromas frutados aparecem nas colônias, semelhantes ao abacaxi. No entanto, em algumas raças, o cheiro não é muito acentuado.

Penicilina

A penicilina é o primeiro antibiótico usado com sucesso na medicina. Isso foi descoberto por acaso pelo micologista sueco Alexander Fleming em 1928.

O pesquisador estava realizando um experimento com bactérias do gênero Staphylococcus e o meio de cultura foi contaminado com o fungo. Fleming observou que no local onde o fungo se desenvolveu, as bactérias não cresceram.

As penicilinas são antibióticos betactâmicos e os de origem natural são classificados em vários tipos, de acordo com sua composição química. Estes atuam principalmente em bactérias Gram-positivas, atacando sua parede celular composta principalmente por peptidoglicano.

Existem várias espécies de Penicillium capazes de produzir penicilina, mas P. chrysogenum tem a maior produtividade. A primeira penicilina comercial foi produzida em 1941 e já em 1943 foi produzida em larga escala.

As penicilinas naturais não são eficazes contra algumas bactérias que produzem a enzima penicilase. Esta enzima tem a capacidade de destruir a estrutura química da penicilina e inativa.

No entanto, foi possível produzir penicilinas semi-sintéticas alterando a composição do caldo onde o Penicillium é cultivado . Estes têm a vantagem de serem resistentes à penicilase e, portanto, mais eficazes contra alguns patógenos.

Referências

  1. Böhm J, B Hoff, CO’Gorman, S Wolfer, V Klix, D Binger, I Zadra, H Kürnsteiner, S Pöggoler, P Dyer e U Kück (2013) Reprodução sexual e desenvolvimento de deformação mediada pelo tipo de acasalamento na penicilina- produzindo fungo Penicillium chrysogenum . PNAS 110: 1476-1481.
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