Penicillium rubens - Penicillium rubens

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

Penicillium rubens является разновидностью грибов рода Пенициллий и был первым известным видом, производящим антибиотик пенициллин. Впервые он был описан Филибертом Мельхиором Джозефом Эхи Биургом в 1923 году. За открытие пенициллина этого вида. Александр Флеминг разделил 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 прочего, но геномное сравнение и филогенетический анализ в 2011 году решили, что это П. Рубенс.[2][3] Это лучший источник пенициллинов и производит бензилпенициллин (ГРАММ), феноксиметилпенициллин (V) и октаноилпенициллин (K). Он также производит другие важные биологически активные соединения, такие как Андрастин, хризогин, фунгиспорин, рокфортин, и сорбициллины.[4][5]

История

Французский микробиолог Филибер Мельхиор Жозеф Эхи Биург был первым, кто описал П. Рубенс в 1923 г.[6] Лечебное значение было обнаружено Александром Флемингом, врачом из Больница Святой Марии, Лондон. В сентябре 1928 года Флеминг обнаружил, что одна из его бактериальных культур (из Золотистый стафилококк ) был загрязнен плесенью, и что область вокруг плесени препятствовала росту бактерий. Он дал название пенициллин якобы антибактериальному веществу, производимому плесенью. После серии экспериментальных испытаний он опубликовал свое открытие в июньском номере журнала 1929 г. Британский журнал экспериментальной патологии.[7] С помощью своего коллеги Чарльза Дж. Ла Туша Флеминг идентифицировал гриб как Penicillium rubrum.[1]

Но Чарльз Том на Министерство сельского хозяйства США, Пеория, Иллинойс, сравнил образец со своей коллекцией Пенициллий видов, и исправил виды как P. notatum. В своей публикации 1931 года он решил, что P. notatum был членом P. chrysogenum видовой комплекс, описанный им 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, проходивший в Вене, Австрия, в 2005 году, принял название P. chrysogenum как сохранившееся имя (nomen conservandum ).[12]

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

Биология

Penicillium rubens (CBS 205.57 = NRRL 824 = IBT 30142), оригинальный производитель пенициллина Fleming. A – C. Колонии семидневным возрастом 25 ° C. A. 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.

П. Рубенс является распространенным грибком в помещении. Вместе с Cladosporium halotolerans и Aspergillus niger, при высокой влажности это одна из неприятных форм. Это наиболее стойкая плесень, поскольку для роста и размножения ей требуется меньше воды.[14] Имеет мягкую и бархатистую поверхность. Споровые нити, конидиеносцы гладкие и имеют длину 200-300 мкм. Волосатая поверхность, длина пенициллов 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, наиболее важными из которых 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 мускусная дыня в Пеории, штат Иллинойс, в 1944 году и использовался для промышленного производства пенициллина G.[16] Сам оригинальный штамм Wisconsin был произведен в виде множества штаммов.[17]

Геном

П. Рубенс 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. Есть 13 653 открытые рамки для чтения (ORF), в том числе 592 вероятных псевдогены и 116 усеченных ORF.[19] Три гена, а именно pcbAB, pcbC, и penDE составляют основные участки биосинтеза пенициллина. Они распределены в кластерах среди других (ORF) в области 58,8 kb,[20] на хромосоме 2.[18][17] pcbAB кодирует фермент α-аминоадипоил-L-цистеинил-D-валин синтетазу, pcbC кодирует изопенициллинN (IPN) синтазу, и penDE, кодирующий ацил-КоА: изопенициллинN-ацилтрансферазу.[21] Штамм с высоким уровнем продуцирования пенициллина, NCPC10086, имеет немного больший геном (32,3 МБ), содержащий около 13 290 генов, кодирующих белок. По крайней мере, 69 генов отсутствуют в штамме 54-1255. Ген Пч018г00010 который кодирует ферменты в метаболизме 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 микротела (пероксисомы ). Ген пероксисомы pex11 необходим для контроля количества синтеза пенициллина; чем больше ген активирован (выразил ), тем больше пенициллинов.[23]

Использует

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

Рекомендации

  1. ^ а б Лалчхандама, К. (2020). «Переоценка соплей и плесени Флеминга». Научное видение. 20 (1): 29–42. Дои:10.33493 / scivis.20.01.03.
  2. ^ а б Houbraken, Джос; Frisvad, Jens C .; Самсон, Роберт А. (2011). «Пенициллин-продуцентный штамм Флеминга - это не Penicillium chrysogenum, а P. rubens». IMA грибок. 2 (1): 87–95. Дои:10.5598 / imafungus.2011.02.01.12. ЧВК  3317369. PMID  22679592.
  3. ^ Hibbett, David S .; Тейлор, Джон В. (2013). «Грибковая систематика: приближается ли новый век просвещения?». Обзоры природы Микробиология. 11 (2): 129–133. Дои:10.1038 / nrmicro2963. PMID  23288349. S2CID  17070407.
  4. ^ Visagie, C.M .; Houbraken, J .; Frisvad, J.C .; Hong, S.-B .; Klaassen, C.H.W .; Perrone, G .; Seifert, K.A .; Varga, J .; Yaguchi, T .; Самсон, Р.А. (2014). «Идентификация и номенклатура рода Penicillium». Исследования в области микологии. 78: 343–371. Дои:10.1016 / j.simyco.2014.09.001. ЧВК  4261876. PMID  25505353.
  5. ^ Поль, Карстен; Полли, Фабиола; Шютце, Табеа; Виггиано, Аннарита; Можик, Ласло; Юнг, Саша; де Вриз, Мааике; Bovenberg, Roel A. L .; Мейер, Вера; Дриссен, Арнольд Дж. М. (2020). «Платформенный штамм Penicillium rubens для производства вторичных метаболитов». Научные отчеты. 10 (1): 7630. Дои:10.1038 / s41598-020-64893-6. ЧВК  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. Дои:10.1093 / Clinids / 2.1.129. JSTOR  4452419. ЧВК  2048009. PMID  11545337.
  8. ^ «Приложение. История используемых видов и диагнозы видов, поставленные доктором Томом». Философские труды Лондонского королевского общества. Серия B, содержащая документы биологического характера. 220 (468–473): 83–92. 1931. Дои:10.1098 / рстб.1931.0015.
  9. ^ Том, Чарльз (1945). «Микология представляет пенициллин». Микология. 37 (4): 460–475. Дои:10.2307/3754632. JSTOR  3754632.
  10. ^ Самсон, Р. А .; Hadlok, R .; Столк, Амелия С. (1977). «Таксономическое исследование серии Penicillium chrysogenum». Антони ван Левенгук. 43 (2): 169–175. Дои: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». Микология. 96 (5): 1095–1105. Дои: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. Получено 17 июн 2020.
  13. ^ Houbraken, J .; Frisvad, J.C .; Seifert, K.A .; Overy, D.P .; Tuthill, D.M .; Valdez, J.G .; Самсон, Р.А. (2012-12-31). «Новые виды Penicillium-продуцентов пенициллина и обзор секции Chrysogena». Персония - молекулярная филогения и эволюция грибов. 29 (1): 78–100. Дои:10.3767 / 003158512X660571. ЧВК  3589797. PMID  23606767.
  14. ^ Сегерс, Фрэнк Дж. Дж .; van Laarhoven, Karel A .; Huinink, Hendrik P .; Adan, Olaf C.G .; Wösten, Han A. B .; Dijksterhuis, янв (2016). Брэхэдж, А.А. (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. Дои:10.1128 / AEM.00510-16. ЧВК  4988216. PMID  27316968.
  15. ^ «Penicillium rubens Biourge ATCC ® 28089 ™». www.atcc.org. Получено 2020-06-17.
  16. ^ Raper, K. B .; Александр, Д. Ф .; Когхилл, Р. Д. (1944). «Пенициллин: II. Естественные вариации и производство пенициллина у Penicillium notatum и родственных видов». Журнал бактериологии. 48 (6): 639–659. Дои:10.1128 / JB.48.6.639-659.1944. ЧВК  374019. PMID  16560880.
  17. ^ а б Мартин, Хуан Ф. (2020). «Понимание генома различных штаммов Penicillium chrysogenum: специфические гены, кластерные дублирования и транслокации фрагментов ДНК». Международный журнал молекулярных наук. 21 (11): 3936. Дои:10.3390 / ijms21113936. ЧВК  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) у Penicillium notatum и на хромосоме 1 (10,4 МБ) у Penicillium chrysogenum». Молекулярная и общая генетика MGG. 241-241 (5–6): 573–578. Дои: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, Дайана М; Heijne, Wilbert HM; Джоардар, Винита (2008). «Секвенирование и анализ генома мицелиального гриба Penicillium chrysogenum». Природа Биотехнологии. 26 (10): 1161–1168. Дои:10.1038 / nbt.1498. PMID  18820685.
  20. ^ Díez, B .; Gutiérrez, S .; Barredo, J. L .; van Solingen, P .; van der Voort, L.H .; 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 .; Barredo, J. L .; Diez, B .; Gutierrez, S .; Fernandez, F.J .; Мартин, Дж. Ф. (1995). «Кластер гена пенициллина амплифицируется в тандемных повторах, связанных консервативными гексануклеотидными последовательностями». Труды Национальной академии наук. 92 (13): 6200–6204. Дои:10.1073 / пнас.92.13.6200. ЧВК  41670. PMID  7597101.
  22. ^ Ван Фу-Цян; Чжун, Цзюнь; Чжао, Инь; Сяо, Цзинфа; Лю, Цзин; Дай, Мэн; Чжэн, Гуйчжэнь; Чжан, Ли; Ю, Джун; У, Цзяянь; Дуань, Баолин (2014). «Секвенирование генома производственного штамма Penicillium chrysogenum с высоким содержанием пенициллина». BMC Genomics. 15 (Приложение 1): S11. Дои:10.1186 / 1471-2164-15-S1-S11. ЧВК  4046689. PMID  24564352.
  23. ^ Kiel, Jan A.K.W .; van der Klei, Ida J .; ван ден Берг, Марко А .; Bovenberg, Roel A.L .; Винхуис, Мартен (2005). «Избыточное производство одного белка, Pc-Pex11p, приводит к увеличению производства пенициллина Penicillium chrysogenum в 2 раза». Грибковая генетика и биология. 42 (2): 154–164. Дои:10.1016 / j.fgb.2004.10.010. PMID  15670713.
  24. ^ Ферреро, М. А .; Reglero, A .; Martín-Villacorta, J .; Fernández-Cañón, J.M .; Луенго, Дж. М. (1990). «Биосинтез бензилпенициллина (G), феноксиметилпенициллина (V) и октаноилпенициллина (K) из S-производных глутатиона». Журнал антибиотиков. 43 (6): 684–691. Дои:10.7164 / антибиотики.43.684. PMID  2166024.
  25. ^ Винкль, Уолтон Ван; Хервик, Роберт П. (1945). «Пенициллин - обзор *». Журнал Американской фармацевтической ассоциации. 34 (4): 97–109. Дои:10.1002 / jps.3030340402. ЧВК  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. ЧВК  5369031. PMID  28356901.
  27. ^ Буш, К. (2004). «Открытие антибактериальных препаратов в 21 веке». Клиническая микробиология и инфекции. 10: 10–17. Дои:10.1111 / j.1465-0691.2004.1005.x. PMID  15522035.
  28. ^ Cantwell, C.A .; Beckmann, R.J .; Dotzlaf, J. E .; Фишер, Д. Л .; Skatrud, P.L .; Yeh, W. K .; Куинер, С. В. (1990). «Клонирование и экспрессия гибридного гена cefE Streptomyces clavuligerus в Penicillium chrysogenum». Текущая генетика. 17 (3): 213–221. Дои:10.1007 / BF00312612. PMID  2111228. S2CID  9230950.