Пенициллиум Рубенс
| Пенициллиум Рубенс | |
|---|---|
 | |
Научная классификация  | |
| Домен: | Эукариоты |
| Королевство: | Грибы |
| Разделение: | Аскомикота |
| Сорт: | Евротиомицеты |
| Заказ: | Евротиалес |
| Семья: | Аспергилловые |
| Род: | Пенициллиум |
| Разновидность: | П. Рубенс |
| Биномиальное имя | |
| Пенициллиум Рубенс Биоург (1910) | |
Penicillium Rubens — вид грибов рода Penicillium , первый вид, который, как известно, производит 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, 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, 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
[ редактировать ]Бельгийский микробиолог Филибер Мельхиор Джозеф Эхи Биоург первым 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 повторного таксономического исследования 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 - это P. Rubens, а P. chrysogenum - это другой вид. [2] [13]
Биология
[ редактировать ]
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, штат Иллинойс, в 1944 году и был использован для промышленного производства пенициллина G. [16] Сам оригинальный штамм Wisconsin был произведен в различных штаммах. [17]
Геном
[ редактировать ]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 58,8 КБ, [20] на хромосоме 2. [18] [17] pcbAB кодирует фермент α-аминоадипоил-L-цистеинил-D-валин-синтетазу, pcbC кодирует синтазу изопенициллинN (IPN), а penDE кодирует ацил-КоА:изопенициллинN-ацилтрансферазу. [21] Штамм с высоким содержанием 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
[ редактировать ]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 соединение природного происхождения, выделенное и используемое в качестве антибиотика. [25] [26] [27] Это также источник цефалоспоринов . [28]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б Лалчхандама, К. (2020). «Переоценка соплей и плесени Флеминга» . Научное видение . 20 (1): 29–42. дои : 10.33493/scivis.20.01.03 .
- ^ Перейти обратно: а б 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 .
- ^ Хиббетт, Дэвид С.; Тейлор, Джон В. (2013). «Грибная систематика: близка ли новая эра просвещения?» . Обзоры природы Микробиология . 11 (2): 129–133. дои : 10.1038/nrmicro2963 . ПМИД 23288349 . S2CID 17070407 .
- ^ Визаги, КМ; 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. дои : 10.1016/j.simyco.2014.09.001 . ПМК 4261876 . ПМИД 25505353 .
- ^ Пол, Карстен; Полли, Фабиола; Шютце, Табеа; Виджано, Аннарита; Можик, Ласло; Юнг, Саша; Мороз, Мааике; 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 .
- ^ Биоург, П. (1923). «Формы группы пенициллиевых звеньев» . Клетка . 33 :7–331.
- ^ Флеминг, Александр (1929). «Об антибактериальном действии культур Penicillium с особым упором на их использование при выделении B. influenzæ» . Британский журнал экспериментальной патологии . 10 (3): 226–236. дои : 10.1093/clinids/2.1.129 . JSTOR 4452419 . ПМК 2048009 . ПМИД 11545337 .
- ^ «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 .
- ^ Том, Чарльз (1945). «Микология представляет пенициллин». Микология . 37 (4): 460–475. дои : 10.2307/3754632 . JSTOR 3754632 .
- ^ Самсон, РА; Хадлок, Р.; Столк, Амелия К. (1977). «Таксономическое исследование серии Penicillium chrysogenum». Антони ван Левенгук . 43 (2): 169–175. дои : 10.1007/BF00395671 . ПМИД 413477 . S2CID 41843432 .
- ^ 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 . ПМИД 21148929 . S2CID 30505910 .
- ^ «Международный кодекс ботанической номенклатуры (ВЕНСКИЙ КОДЕКС). Приложение IV. Конкретные названия, которые следует сохранить и отклонить. B. Грибы» . Международная ассоциация систематики растений . 2006 Проверено 17 июня 2020 г.
- ^ 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 .
- ^ 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/АЕМ.00510-16 . ПМЦ 4988216 . ПМИД 27316968 .
- ^ «Penicillium Rubens Biourge ® 28089™» . www.atcc.org . Проверено 17 июня 2020 г.
- ^ 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 .
- ^ Перейти обратно: а б 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 .
- ^ Перейти обратно: а б 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 . ПМИД 8264531 . S2CID 13542522 .
- ^ Перейти обратно: а б 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 .
- ^ 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 .
- ^ Фиерро, Ф.; Барредо, JL; Диес, Б.; Гутьеррес, С.; Фернандес, Ф.Дж.; Мартин, Дж. Ф. (1995). «Кластер генов пенициллина амплифицируется в тандемных повторах, связанных консервативными последовательностями гексануклеотидов» . Труды Национальной академии наук . 92 (13): 6200–6204. Бибкод : 1995PNAS...92.6200F . дои : 10.1073/pnas.92.13.6200 . ПМК 41670 . ПМИД 7597101 .
- ^ Ван, Фу-Цян; Чжао, Инь; Лю, Цзин; Чжэн, Гуйчжэнь; У, Дуань, Баолин» . Секвенирование генома промышленного штамма Penicillium chrysogenum, продуцирующего высокий уровень пенициллина» BMC Genomics . 15 (Приложение 1): S11. doi : 10.1186/1471-2164-15-S1-S11 . PMC 4046689. . PMID 24564352 .
- ^ Киль, Ян АКВ; 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 производства пенициллина Penicillium chrysogenum». Грибковая генетика и биология . 42 (2): 154–164. дои : 10.1016/j.fgb.2004.10.010 . ПМИД 15670713 .
- ^ Ферреро, Массачусетс; Реглеро, А.; Мартин-Вильякорта, Ж.; Фернандес-Каньон, JM; Луенго, Дж. М. (1990). «Биосинтез бензилпенициллина (G), феноксиметилпенициллина (V) и октаноилпенициллина (К) из S-производных глутатиона» . Журнал антибиотиков . 43 (6): 684–691. дои : 10.7164/антибиотики.43.684 . ПМИД 2166024 .
- ^ Винкль, Уолтон Ван; Хервик, Роберт П. (1945). «Пенициллин — обзор*» . Журнал Американской фармацевтической ассоциации . 34 (4): 97–109. дои : 10.1002/jps.3030340402 . ПМЦ 3802448 .
- ^ 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 .
- ^ 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 .
- ^ 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 . ПМИД 2111228 . S2CID 9230950 .