stringtranslate.com

Пенициллиум Рубенс

Penicillium Rubens — вид грибов рода Penicillium , первый известный вид, производящий антибиотик пенициллин . Впервые он был описан Филибертом Мельхиором Джозефом Эхи Биоургом в 1923 году. За открытие пенициллина этого вида Александр Флеминг получил Нобелевскую премию по физиологии и медицине в 1945 году. [1] Первоначальный тип, продуцирующий пенициллин, по-разному определялся 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, производящий бензилпенициллин (G), феноксиметилпенициллин (V) и октаноилпенициллин (К). Он также производит другие важные биологически активные соединения, такие как андрастин , хризогин, фунгиспорин , рокефортин и сорбициллины. [4] [5]

История

Бельгийский микробиолог Филибер Мельхиор Джозеф Эхи Биоург был первым, кто описал P. Rubens в 1923 году . [6] Лекарственное значение было обнаружено Александром Флемингом, врачом больницы Святой Марии в Лондоне . В сентябре 1928 года Флеминг обнаружил, что одна из его бактериальных культур (золотистого стафилококка ) была заражена плесенью, и что область вокруг плесени подавляла рост бактерий. Он дал название пенициллин предполагаемому антибактериальному веществу, вырабатываемому плесенью. После серии экспериментальных испытаний он опубликовал свое открытие в июньском номере Британского журнала экспериментальной патологии за 1929 год. [7] С помощью своего коллеги Шарля Ж. 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 1931 года он установил, 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 таксономического пересмотра 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 в качестве консервативного названия ( nomen conservandum ). [12]

Полногеномная последовательность и филогенетический анализ, в частности с использованием последовательностей β-тубулина, в 2011 году показали, что P. notatum представляет собой P. Rubens, а P. chrysogenum представляет собой другой вид. [2] [13]

Биология

Penicillium Rubens (CBS 205.57 = NRRL 824 = IBT 30142), первый производитель пенициллина Флеминга. А–С. Колонии семидневной давности при 25°С. Колонии на агаре с дрожжевым экстрактом Чапека. Б. Колонии на агаре с солодовым экстрактом. C. Колонии на сахарозном агаре с дрожжевыми экстрактами. Д – Х. Конидиеносцы. I. Конидии. Бары = 10 мкм.

P. Rubens — распространенный гриб комнатной среды. Наряду с Cladosporium halotolerans и Aspergillus niger , это одна из неприятных плесеней при высокой влажности. Это самая устойчивая плесень, поскольку для роста и размножения ей требуется меньше воды. [14] Имеет мягкую и бархатистую поверхность. Спороносные нити, конидиеносцы , гладкие, длиной 200-300 мкм. Волосистая поверхность, пенициллы длиной 8-12 мкм. Конидии гладкостенные, эллипсоидной формы, длиной 2,5-4,0 мкм, синего или голубовато-зеленого цвета. [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 Висконсина (NRRL1951), полученный из дыни в Пеории . , Иллинойс, в 1944 году и использовался для промышленного производства пенициллина G. [16] Сам оригинальный штамм Висконсина был произведен в различных штаммах. [17]

Геном

P. Rubens имеет четыре хромосомы. [18] Наиболее изучен геном штамма Wisconsin. Ядерный геном штамма 54-1255, считающегося низкопродуцентом пенициллина, имеет размер 32,19 Мб. Существует 13 653 открытых рамок считывания (ORF), включая 592 вероятных псевдогена и 116 усеченных ORF. [19] Три гена, а именно pcbAB, pcbC и penDE, составляют основные сайты биосинтеза пенициллина. Они распределены кластерами среди других (ORF) в области размером 58,8 т.п.н., [20] на хромосоме 2. [18] [17] pcbAB кодирует фермент α-аминоадипоил-L-цистеинил-D-валин-синтетазу, pcbC кодирует изопенициллинN ( IPN)-синтаза и penDE , кодирующие ацил-КоА:изопенициллинN-ацилтрансферазу. [21] Штамм с высоким уровнем продуцирования пенициллина, NCPC10086, имеет немного больший геном размером 32,3 Мб и содержит около 13 290 генов, кодирующих белок. В штамме 54-1255 отсутствует как минимум 69 генов. Ген Pch018g00010 , кодирующий ферменты метаболизма глутатиона, считается ключевым фактором увеличения продукции пенициллина этим штаммом. [22]

Митохондриальный геном состоит из 31790 п.о. и 17 ORF. [19] Ферментов, синтезируемых из ядерного генома, недостаточно для полного синтеза пенициллина. Ферменты конечного пути биосинтеза, такие как ацил-КоА:изопенициллин-N-ацилтрансфераза28 и фенилацетил-КоА-лигаза, синтезируются в отдельных клеточных органеллах, называемых микротельцами ( пероксисомами ). Ген пероксисомы pex11 необходим для контроля количества синтеза пенициллина; чем больше ген активирован ( выражен ), тем больше пенициллинов. [23]

Использование

P. Rubens является основным источником класса антибиотиков пенициллинов. Этот вид производит три таких соединения: бензилпенициллин (G), феноксиметилпенициллин (V) и октаноилпенициллин (К). [24] Пенициллин G — первое природное соединение, выделенное и используемое в качестве антибиотика. [25] [26] [27] Это также источник цефалоспоринов . [28]

Рекомендации

  1. ^ Аб Лалчхандама, К. (2020). «Переоценка соплей и плесени Флеминга». Научное видение . 20 (1): 29–42. дои : 10.33493/scivis.20.01.03 .
  2. ^ аб Хубракен, Джос; Фрисвад, Йенс К.; Самсон, Роберт А. (2011). «Штамм Флеминга, продуцирующий пенициллин, - это не Penicillium chrysogenum, а P. Rubens». ИМА Гриб . 2 (1): 87–95. дои : 10.5598/imafungus.2011.02.01.12. ПМЦ 3317369 . ПМИД  22679592. 
  3. ^ Хиббетт, Дэвид С.; Тейлор, Джон В. (2013). «Грибная систематика: близка ли новая эра просвещения?». Обзоры природы Микробиология . 11 (2): 129–133. doi : 10.1038/nrmicro2963. PMID  23288349. S2CID  17070407.
  4. ^ Визаги, CM; Хубракен, Дж.; Фрисвад, Дж. К.; Хонг, С.-Б.; Клаассен, CHW; Перроне, Г.; Зайферт, штат Калифорния; Варга, Дж.; Ягучи, Т.; Самсон, РА (2014). «Идентификация и номенклатура рода Penicillium». Исследования по микологии . 78 : 343–371. doi :10.1016/j.simyco.2014.09.001. ПМК 4261876 . ПМИД  25505353. 
  5. ^ Пол, Карстен; Полли, Фабиола; Шютце, Табеа; Виджано, Аннарита; Можик, Ласло; Юнг, Саша; де Врис, Маайке; Бовенберг, Роэл А.Л.; Мейер, Вера; Дриссен, Арнольд Дж. М. (2020). «Платформенный штамм Penicillium Rubens для производства вторичных метаболитов». Научные отчеты . 10 (1): 7630. Бибкод : 2020NatSR..10.7630P. дои : 10.1038/s41598-020-64893-6. ПМК 203126 . ПМИД  32376967. 
  6. ^ Биоург, П. (1923). «Les moissisures du groupe Penicillium Link». Ла Селлюля . 33 : 7–331.
  7. ^ Флеминг, Александр (1929). «Об антибактериальном действии культур пенициллий с особым упором на их использование при выделении B. influenzæ». Британский журнал экспериментальной патологии . 10 (3): 226–236. doi : 10.1093/clinids/2.1.129. JSTOR  4452419. PMC 2048009 . ПМИД  11545337. 
  8. ^ «Приложение. История используемых видов и диагнозы видов доктора Тома» . Философские труды Лондонского королевского общества. Серия Б, содержащая статьи биологического характера . 220 (468–473): 83–92. 1931. дои : 10.1098/rstb.1931.0015 .
  9. ^ Том, Чарльз (1945). «Микология представляет пенициллин». Микология . 37 (4): 460–475. дои : 10.2307/3754632. JSTOR  3754632.
  10. ^ Самсон, РА; Хадлок, Р.; Столк, Амелия К. (1977). «Таксономическое исследование серии Penicillium chrysogenum». Антони ван Левенгук . 43 (2): 169–175. дои : 10.1007/BF00395671. PMID  413477. S2CID  41843432.
  11. ^ Скотт, Джеймс; Унтерейнер, Венди А.; Вонг, Бесс; Штраус, Нил А.; Маллок, Дэвид (2004). «Генотипические вариации Penicillium chysogenum в помещении». 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 specica conservanda et rejicienda. B. Fungi». Международная ассоциация систематики растений . 2006 год . Проверено 17 июня 2020 г.
  13. ^ Хубракен, Дж.; Фрисвад, Дж. К.; Зайферт, штат Калифорния; Овери, ДП; Тутхилл, DM; Вальдес, Дж.Г.; Самсон, РА (31 декабря 2012 г.). «Новые виды Penicillium, продуцирующие пенициллин, и обзор секции Chrysogena». Персония - Молекулярная филогения и эволюция грибов . 29 (1): 78–100. дои : 10.3767/003158512X660571. ПМЦ 3589797 . ПМИД  23606767. 
  14. ^ Сегерс, Фрэнк Дж. Дж.; ван Лаарховен, Карел А.; Хуйнинк, Хендрик П.; Адан, Олаф К.Г.; Вестен, Хан AB; Дейкстерхейс, январь (2016). Брэхейдж, А.А. (ред.). «Комнатный гриб Cladosporium halotolerans выдерживает динамику влажности заметно лучше, чем Aspergillus niger и Penicillium Rubens, несмотря на меньший рост при пониженной стационарной активности воды». Прикладная и экологическая микробиология . 82 (17): 5089–5098. Бибкод : 2016ApEnM..82.5089S. дои : 10.1128/AEM.00510-16. ПМЦ 4988216 . ПМИД  27316968. 
  15. ^ «Penicillium Rubens Biourge ® 28089™» . www.atcc.org . Проверено 17 июня 2020 г.
  16. ^ Рэпер, КБ; Александр, DF; Когхилл, РД (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. ПМК 374019 . ПМИД  16560880. 
  17. ^ Аб Мартин, Хуан Ф. (2020). «Взгляд на геном разнообразных штаммов Penicillium chrysogenum: специфические гены, дупликации кластеров и транслокации фрагментов ДНК». Международный журнал молекулярных наук . 21 (11): 3936. doi : 10.3390/ijms21113936 . ПМЦ 7312703 . ПМИД  32486280. 
  18. ^ аб Фиерро, Франциско; Гутьеррес, Сантьяго; Дьес, 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 хромосоме 1 (10,4 МБ) у Penicillium chrysogenum». Молекулярная и общая генетика . 241–241 (5–6): 573–578. дои : 10.1007/BF00279899. PMID  8264531. S2CID  13542522.
  19. ^ Аб ван ден Берг, Марко А; Альбанг, Ричард; Альберманн, Кай; Бэджер, Джонатан Х; Даран, Жан-Марк; М. Дриссен, Арнольд Дж; Гарсиа-Эстрада, Карлос; Федорова, Наталья Д; Харрис, Диана М; Хейне, Уилберт Х.М.; Жоардар, Винита (2008). «Секвенирование генома и анализ нитчатого гриба Penicillium chrysogenum». Природная биотехнология . 26 (10): 1161–1168. дои : 10.1038/nbt.1498 . ПМИД  18820685.
  20. ^ Диес, Б.; Гутьеррес, С.; Барредо, JL; ван Золинген, П.; ван дер Вурт, ЛХ; Мартин, Дж. Ф. (1990). «Кластер генов биосинтеза пенициллина. Идентификация и характеристика гена pcbAB, кодирующего альфа-аминоадипил-цистеинил-валин-синтетазу, и связь с генами pcbC и penDE». Журнал биологической химии . 265 (27): 16358–16365. дои : 10.1016/S0021-9258(17)46231-4 . ПМИД  2129535.
  21. ^ Фиерро, Ф.; Барредо, JL; Диес, Б.; Гутьеррес, С.; Фернандес, Ф.Дж.; Мартин, Дж. Ф. (1995). «Кластер генов пенициллина амплифицируется в тандемных повторах, связанных консервативными гексануклеотидными последовательностями». Труды Национальной академии наук . 92 (13): 6200–6204. Бибкод : 1995PNAS...92.6200F. дои : 10.1073/pnas.92.13.6200 . ПМК 41670 . ПМИД  7597101. 
  22. ^ Ван, Фу-Цян; Чжун, Цзюнь; Чжао, Ин; Сяо, Цзинфа; Лю, Цзин; Дай, Мэн; Чжэн, Гуйчжэнь; Чжан, Ли; Ю, Джун; Ву, Цзяян; Дуань, Баолин (2014). «Секвенирование генома промышленного штамма Penicillium chrysogenum, продуцирующего высокий уровень пенициллина». БМК Геномика . 15 (Приложение 1): С11. дои : 10.1186/1471-2164-15-S1-S11 . ПМК 4046689 . ПМИД  24564352. 
  23. ^ Киль, Ян AKW; ван дер Клей, Ида Дж.; ван ден Берг, Марко А.; Бовенберг, Роэл А.Л.; Винхейс, Мартен (2005). «Перепроизводство одного белка, Pc-Pex11p, приводит к двукратному увеличению выработки пенициллина Penicillium chrysogenum». Грибковая генетика и биология . 42 (2): 154–164. дои : 10.1016/j.fgb.2004.10.010. ПМИД  15670713.
  24. ^ Ферреро, Массачусетс; Реглеро, А.; Мартин-Вильякорта, Ж.; Фернандес-Каньон, JM; 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 . ПМИД  2166024.
  25. ^ Винкль, Уолтон Ван; Хервик, Роберт П. (1945). «Пенициллин — обзор*». Журнал Американской фармацевтической ассоциации . 34 (4): 97–109. дои : 10.1002/jps.3030340402. ПМЦ 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. ПМК 5369031 . ПМИД  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 . ПМИД  15522035.
  28. ^ Кантвелл, Калифорния; Бекманн, Р.Дж.; Доцлаф, Дж. Э.; Фишер, Д.Л.; Скатруд, Польша; Да, ВК; Куинер, Юго-Запад (1990). «Клонирование и экспрессия гибридного гена cefE Streptomyces clavuligerus в Penicillium chrysogenum». Современная генетика . 17 (3): 213–221. дои : 10.1007/BF00312612. PMID  2111228. S2CID  9230950.