stringtranslate.com

Penicillium rubens

Penicillium rubens — вид грибка из рода Penicillium , который был первым видом, производящим антибиотик пенициллин . Впервые он был описан Филибером Мельхиором Джозефом Эхи Биуржем в 1923 году. За открытие пенициллина из этого вида Александр Флеминг разделил Нобелевскую премию по физиологии и медицине в 1945 году. [1] Первоначальный тип, производящий пенициллин, был идентифицирован по-разному: Penicillium rubrum , P. notatum и P. chrysogenum среди прочих, но геномное сравнение и филогенетический анализ в 2011 году решили, что это P. rubens. [2] [3] Он является лучшим источником пенициллинов и производит бензилпенициллин (G), феноксиметилпенициллин (V) и октаноилпенициллин (K). Он также производит другие важные биологически активные соединения, такие как андрастин , хризогин, фунгиспорин , рокефортин и сорбициллин. [4] [5]

История

Бельгийский микробиолог Филибер Мельхиор Жозеф Эхи Биурж был первым, кто описал P. rubens в 1923 году. [6] Медицинское значение было обнаружено Александром Флемингом, врачом в больнице 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 пенициллину для предполагаемого антибактериального вещества, вырабатываемого плесенью. После серии экспериментальных испытаний он опубликовал свое открытие в выпуске British Journal of Experimental Pathology за июнь 1929 года. [7] С помощью своего коллеги Чарльза Дж. Ла Туша Флеминг идентифицировал грибок как Penicillium rubrum . [1]

Но Чарльз Том из Министерства сельского хозяйства США , Пеория, Иллинойс, сравнил образец со своей коллекцией видов Penicillium и исправил вид на P. notatum. В своей публикации в 1931 году он постановил, 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 повторного изучения три вида, P. notatum , P. meleagrinum и P. cyaneofulvum , были признаны как 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]

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

Биология

Penicillium rubens (CBS 205.57 = NRRL 824 = IBT 30142), оригинальный продуцент пенициллина Флеминга. A–C. Колонии возрастом семь дней при 25°CA. Колонии на агаре с дрожжевым экстрактом Чапека. B. Колонии на агаре с солодовым экстрактом. C. Колонии на агаре с дрожжевым экстрактом и сахарозой. D–H. Конидиеносцы. I. Конидии. Полоски = 10 мкм.

P. rubens — распространенный грибок в помещениях. Наряду с Cladosporium halotolerans и Aspergillus niger , он является одним из неприятных видов плесени при высокой влажности. Это самая устойчивая плесень, поскольку ей требуется меньше воды для роста и размножения. [14] У нее мягкая и бархатистая поверхность. Спороносные нити, конидиеносцы , гладкие и имеют длину 200–300 мкм. Волосистая поверхность, пенициллы, имеет длину 8–12 мкм. Конидии имеют гладкие стенки, эллипсоидальную форму, длину 2,5–4,0 мкм и имеют синий или сине-зеленый цвет. [15] Он существует в нескольких штаммах, 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, штат Иллинойс, в 1944 году и использовавшийся для промышленного производства пенициллина G. [16] Сам исходный штамм Висконсин был получен в различных штаммах. [17]

Геном

P. rubens имеет четыре хромосомы. [18] Геном штамма Wisconsin изучен лучше всего. Ядерный геном штамма 54-1255, считающегося производителем пенициллина с низким содержанием, имеет размер 32,19 Мб. Имеется 13 653 открытых рамок 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 кб [20] на хромосоме 2. [18] [17] pcbAB кодирует фермент α-аминоадипоил-L-цистеинил-D-валин синтетазу, pcbC кодирует изопенициллинN (IPN) синтазу, а penDE , кодирующий ацил-КоА:изопенициллинN ацилтрансферазу. [21] Штамм с высоким уровнем продукции пенициллина, NCPC10086, имеет немного больший геном в 32,3 Мб, с примерно 13 290 генами, кодирующими белок. По крайней мере 69 генов отсутствуют в штамме 54-1255. Ген Pch018g00010 , который кодирует ферменты в метаболизме глутатиона, считается ключевым фактором в повышенном производстве пенициллина этим штаммом. [22]

Митохондриальный геном состоит из 31 790 п.н. и 17 ОРС. [19] Ферментов, синтезируемых из ядерного генома, недостаточно для полного синтеза пенициллина. Ферменты конечного биосинтетического пути, такие как ацил-КоА:изопенициллинN 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 ( экспрессирован ), тем больше пенициллинов. [23]

Использует

P. rubens является основным источником класса антибиотиков, пенициллинов. Вид производит три таких соединения: бензилпенициллин (G), феноксиметилпенициллин (V) и октаноилпенициллин (K). [24] Пенициллин G является первым природным соединением, выделенным и используемым в качестве антибиотика. [25] [26] [27] Он также является источником цефалоспоринов . [28]

Ссылки

  1. ^ ab Lalchhandama, K. (2020). «Переоценка соплей и плесени Флеминга». Science Vision . 20 (1): 29–42. doi : 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 У. (2013). «Систематика грибов: приближается ли новая эра просвещения?». Nature Reviews Microbiology . 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 Penicillium, с особым акцентом на их использовании при изоляции B. influenzæ». British Journal of Experimental Pathology . 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 доктора Тома". Философские труды Лондонского королевского общества. Серия B, содержащая документы 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; 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; Страус, Нил А.; 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 specica conservanda et rejicienda. B. Fungi». Международная ассоциация систематики растений . 2006 год . Проверено 17 июня 2020 г.
  13. ^ Houbraken, J.; Frisvad, JC; Seifert, KA; Overy, DP; Tuthill, DM; Valdez, JG; Samson, RA (2012-12-31). "Новые виды Penicillium, продуцирующие пенициллин, и обзор секции Chrysogena". Persoonia - Молекулярная филогения и эволюция грибов . 29 (1): 78–100. doi :10.3767/003158512X660571. PMC 3589797. PMID  23606767 . 
  14. ^ Segers, Frank JJ; van Laarhoven, Karel A.; Huinink, Hendrik P.; Adan, Olaf CG; Wösten, Han AB; Dijksterhuis, Jan (2016). Brakhage, AA (ред.). «Гриб Cladosporium halotolerans в помещении выживает при динамике влажности заметно лучше, чем Aspergillus niger и Penicillium rubens, несмотря на меньший рост при пониженной стационарной активности воды». Applied and Environmental Microbiology . 82 (17): 5089–5098. Bibcode :2016ApEnM..82.5089S. doi :10.1128/AEM.00510-16. PMC 4988216 . PMID  27316968. 
  15. ^ "Penicillium rubens Biourge ATCC ® 28089™". www.atcc.org . Получено 17.06.2020 .
  16. ^ Рапер, КБ; Александр, ДФ; Когхилл, РД (1944). «Пенициллин: II. Естественная вариация и производство пенициллина у Penicillium notatum и родственных видов». Журнал бактериологии . 48 (6): 639–659. doi :10.1128 / JB.48.6.639-659.1944. PMC 374019. PMID  16560880. 
  17. ^ ab Martín, Juan F. (2020). «Взгляд на геном различных штаммов Penicillium chrysogenum: специфические гены, кластерные дупликации и транслокации фрагментов ДНК». International Journal of Molecular Sciences . 21 (11): 3936. doi : 10.3390/ijms21113936 . PMC 7312703. PMID  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, Дж. Л.; ван Золинген, П.; ван дер Вурт, Л. Х.; Мартин, Дж. Ф. (1990). «Кластер генов биосинтеза пенициллина. Идентификация и характеристика гена pcbAB, кодирующего синтетазу альфа-аминоадипил-цистеинил-валина, и связь с генами pcbC и penDE». Журнал биологической химии . 265 (27): 16358–16365. doi : 10.1016/S0021-9258(17)46231-4 . PMID  2129535.
  21. ^ Fierro, F.; Barredo, JL; Diez, B.; Gutierrez, S.; Fernandez, FJ; Martin, JF (1995). «Кластер генов пенициллина амплифицируется в тандемных повторах, связанных консервативными гексануклеотидными последовательностями». Труды Национальной академии наук . 92 (13): 6200–6204. Bibcode : 1995PNAS...92.6200F. doi : 10.1073/pnas.92.13.6200 . PMC 41670. PMID  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. ^ Ferrero, MA; Reglero, A.; Martín-Villacorta, J.; Fernández-Cañón, JM; Luengo, 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. ^ Уинкл, Уолтон Ван; Хервик, Роберт П. (1945). «Пенициллин — обзор*». Журнал Американской фармацевтической ассоциации . 34 (4): 97–109. doi :10.1002/jps.3030340402. PMC 3802448 . 
  26. ^ Лобановска, 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. ^ Буш, К (2004). «Открытие антибактериальных препаратов в 21 веке». Клиническая микробиология и инфекция . 10 : 10–17. doi : 10.1111/j.1465-0691.2004.1005.x . PMID  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.