Знакомство с биологией микроскопических грибов – важнейших продуцентов современной биотехнологии. Пеницилл: самый лучший врач среди грибов Сапрофитный гриб penicillium вырабатывает ферменты

Пеницилл - это растение, получившее широкое распространение в природе. Относится оно к классу несовершенных. На данный момент насчитывается более 250 его разновидностей. Золотистый пиницилл, по-другому кистевидная зеленая плесень, имеет особое значение. Данная разновидность применяется для изготовления лекарственного средства. «Пенициллин» на основе данного грибка позволяет побороть множество бактерий.

Среда обитания

Пеницилл - многоклеточный гриб, для которого почва является естественной средой обитания. Очень часто это растение можно увидеть в виде голубого либо зеленого налета плесени. Произрастает он на всевозможных субстратах. Однако чаще всего встречается на поверхности растительных смесей.

Строение гриба

Что касается строения, то гриб пеницилл очень похож на аспергилл, который также относится к семейству плесневелых грибов. Вегетативный мицелий данного растения прозрачный и ветвящийся. Состоит он, как правило, из большого числа клеток. От пеницилл отличается грибницей. У него она многоклеточная. Что касается мицелия мукора, то он одноклеточный.

Грифы пеницилла либо располагаются на поверхности субстрата, либо проникают внутрь его. От этой части гриба отходят приподнимающиеся и прямостоячие конидиеносцы. Подобные образования, как правило, в верхнем отделе ветвятся и формируют кисточки, которые несут окрашенные одноклеточные поры. Это конидии. Кисточки растения, в свою очередь, могут быть нескольких видов:

• несимметричные;
• трехъярусные;
• двухъярусные;
• одноярусные.

Определенный вид пеницилла образует из конидий пучки, которые называются коремии. Размножение грибка осуществляется путем распространения спор.

Наносится ли вред человеку

Многие считают, что грибы пенициллы - бактерии. Однако это далеко не так. Некоторые разновидности данного растения обладают патогенными свойствами относительно животных организмов и человека. Больше всего вреда наносится в тех случаях, когда плесневый грибок поражает сельскохозяйственные и пищевые продукты, интенсивно размножаясь внутри них. При неправильном хранении пеницилл поражает корма. Если его скормить животным, то не исключена их гибель. Ведь внутри такого корма скапливается большое количество токсических веществ, которые негативным образом сказываются на состоянии здоровья.

Применение в фармацевтической промышленности

Может ли быть полезным гриб пеницилл? Бактерии, вызывающие определенные вирусные заболевания, неустойчивы к антибиотику, который изготавливают из плесени. Некоторые разновидности этих растений получили широкое распространение в пищевой и фармацевтической промышленности благодаря их способности продуцировать ферменты. Препарат «Пенициллин», который борется со многими видами бактерий, получают из Penicillium notatum и Penicillium chrysogenum.

Стоит отметить, что изготовление этого лекарственного средства происходит в несколько этапов. Для начала грибок выращивается. Для этого используется кукурузный экстракт. Это вещество позволяет получить лучшую продукцию пенициллина. После этого грибок выращивается путем погружения культуры в специальный ферментатор. Его объем составляет несколько тысяч литров. Там растения активно размножаются.

После извлечения из жидкой среды гриб пеницилл проходит дополнительную обработку. На данном этапе производства применяются растворы солей и органические растворители. Подобные вещества позволяют получить конечные продукты: калиевую и натриевую соль пенициллина.

Плесневые грибы и пищевая промышленность

Благодаря некоторым свойствам гриб пеницилл широко применяется в пищевой промышленности. Определенные разновидности этого растения используются в сыроварении. Как правило, это Penicillium Roquefort и Penicillium camemberti. Данные виды плесени применяются при изготовлении таких сыров, как «Стилтош», «Горнцгола», «Рокфор» и так далее. Данная «мраморная» продукция обладает рыхлой структурой. Для сыров этой разновидности характерен специфический аромат и внешний вид.

Стоит отметить, что культура пенициллов используется на определенном этапе изготовления подобной продукции. Например, для получения сыра «Рокфор» применяется штамм плесени Penicillium Roquefort. Этот вид грибка может размножаться даже в рыхло спрессованной творожной массе. Эта плесень прекрасно переносит низкую концентрацию кислорода. Помимо этого, гриб устойчив к повышенному содержанию в кислой среде солей.

Пеницилл способен выделять липолитические и протеолитические ферменты, которые влияют на молочные жиры и белки. Под влиянием данных веществ сыр приобретает рыхлость, маслянистость, а также специфический аромат и вкус.

Свойства гриба пеницилла полностью еще не изучены. Ученые регулярно проводят новые исследования. Это позволяет выявить новые свойства плесени. Подобные работы позволяют изучить продукты обмена веществ. В будущем это позволит применять гриб пеницилл на практике.

Пеницилл – представитель семейства Трихокомовые. Это плесневой вид грибов. Пеницилл является источником первого антибиотика пенициллина, который изобрел Александр Флеминг.

Латинское название гриба – Penicillium.

Чаще всего этот гриб можно заметить в виде голубого или зеленого налета на различных субстанциях, к примеру, на растительных. Гриб пеницилл внешне схож с аспергиллом, который тоже является плесневым грибом.

Вегетативный мицелий прозрачный, ветвящийся, состоящий из большого количества клеток. Грибница у пеницилла многоклеточная. Гифы могут находиться на поверхности субстрата или быть погруженными в него.

От гиф отходят приподнимающиеся конидиеносцы. Данные образования образуют кисточки, а на них формируются одноклеточные цепочки спор – конидии. Кисточки бывают различных видов: несимметричные, одноярусные, двухъярусные и трехъярусные. У определенных видов пеницилла из конидий формируются пучки, которые называются коремии. Размножаются эти грибы при помощи спор.

Места образования пеницилла.

Среда обитания пеницилла – почва. Эти грибы принимают участие в разложении тканей не только растительных, но и животных организмов. Этот плесневой гриб развивается на продуктах питания. В результате его жизнедеятельности продукты портятся.

Открытие пеницилла.

Военный врач по имени Эрнест Дюшен в 1897 году в Лионе заметил, как арабские конюхи используют плесень с сырых седел, обрабатывая ею раны на спинах лошадей, которые они получают в результате трения.

Дюшен исследовал эту плесень и провел испытания на морских свинках, в ходе которых выяснил, что она активна против бактерии Escherichia coli. Так впервые было проведено клиническое испытание вещества, которое в дальнейшем получило известность во всем мире под названием пенициллин.

Доктор свои исследования изложил в докторской диссертации и собирался продолжить работу в этом направлении, но парижский Институт Пастера не подтвердил получение документа, видимо из-за юного возраста Дюшена, которому было всего 23 года. Заслуженная слава постигла открывателя только после его смерти. Это произошло в 1949 году, спустя 4 года, как Александр Флеминг получил Нобелевскую премию за открытие антибиотического эффекта пеницилла.

Как произошел термин.

Термин «пеницилл» в 1929 году придумал Флеминг. Ученый заметил антибактериальные свойства плесени, которой он дал название — Penicillium rubrum. Но оказалось, что данное определение неверное. Спустя много лет Чарльз Том провел корректировку его исследований и назвал гриб правильно — Penicillum notatum. Изначально данную плесень называли Penicillium, потому что ее спороносные лапки под микроскопом имели вид крошечных кисточек.

Применение пеницилла.

Для людей эти грибы, несомненно, полезны, так как они вырабатывают ферменты и антибиотики. Их применяют в фармацевтике и пищевой промышленности. Препарат пенициллин изготавливают в несколько этапов. Вначале размножают на питательных средах культуру гриба, добавляя кукурузный экстракт. Затем происходит выращивание пенициллина в особенных культуральных жидкостях. После этого его обрабатывают органическими растворителями и получают конечный продукт – калиевую или натриевую соль пенициллина.

А плесневые грибы Penicillium Roquefort и Penicillium camemberti широко используются в сыроварении. С их помощью производят «мраморные сыры», например, «Стилтош», «Рокфор», «Горнцгола». Эти сыры имеют рыхлую структуру и характерный запах. Культуру пеницилла применяют на одном из этапов изготовления сыра. К примеру, в процессе варения сыра «Рокфор» применяется штамм гриба Penicillium Roquefort. Этот гриб развивается в твороге. Он хорошо переносит небольшую концентрацию кислорода, он устойчив к содержанию кислот и солей.

Пеницилл выделяет особые ферменты, под действием которых сыры становятся рыхлыми, масляными, приобретают особенный запах и вкус.

Пенициллы и сегодня подвергают разнообразным исследованиям, для возможности в будущем использовать их в различных отраслях хозяйства.

Грибы - древнейшие гетеротрофные организмы, занимающие особое место в общей системе живой природы. Они могут быть как микроскопически малыми, так и достигать нескольких метров. Поселяются на растениях, животных, человеке или на мертвых органических остатках, на корнях деревьев и трав.

Их роль в биоценозах и агроценозах велика и разнообразна. В цепи питания они являются редуцентами - организмами, питающимися мертвыми органическими остатками, подвергающими эти остатки минерализации до простых неорганических соединений. В то же время они вызывают болезни растений, из-за которых ежегодно теряется до 1/3 части урожая, выращиваемого человеком, на корню и столько же при хранении, когда заготовленные овощи, фрукты плесневеют и гниют, а зерно прогоркает и становится ядовитым.

Такие грибы, как трутовик и опенок, разрушают деловую древесину, а домовый гриб - опоры штолен шахт, перекрытия зданий, складов, хранилищ.

В природе грибы играют положительную роль: они - пища и лекарства для животных; образуя грибокорень, помогают растениям всасывать воду; являясь компонентом лишайников, грибы создают среду обитания для водорослей. А роль лишайников в природе тоже весьма значительна: они первыми поселяются на необжитом голом субстрате - скалах, обнажениях. Поэтому грибы, обитающие в природных биоценозах (даже ядовитые), надо оберегать.

В Красную книгу СССР внесено 26 видов грибов.

Грибы (Fungi)-бесхлорофилльные низшие организмы, объединяющие, по новым данным, до 100 тыс. видов, от мелких микроскопических организмов до таких великанов, как трутовики, гигантский дождевик и некоторые другие.

В системе органического мира грибы занимают особое положение, представляя, по-видимому, отдельное царство, наряду с царствами животных и растений. Они лишены хлорофилла и поэтому требуют для питания готовое органическое вещество (т. е. принадлежат к гетеротрофным организмам). По наличию в обмене мочевины, в оболочке клеток - хитина, запасного продукта - гликогена, а не крахмала - они приближаются к животным. С другой стороны, способом питания (путем всасывания, а не заглатывания пищи), неограниченным ростом они напоминают растения.

Строение

Клетки большинства грибов покрыты твердой оболочкой, ее нет у зооспор и вегетативного тела некоторых простейших грибов. В цитоплазме гриба содержатся структурные белки и не связанные с органоидами клетки ферменты, аминокислоты, углеводы, липиды. Органеллы: митохондрии, лизосомы, вакуоли, содержащие запасные вещества - волютин, липиды, гликоген, жиры. Крахмала нет. В клетке гриба имеется одно или несколько ядер.

Размножение

У грибов различают

• вегетативное размножение [показать] .

  Вегетативное размножение осуществляется частями мицелия, специальными образованиями - артроспорами (или оидиями, образующимися в результате распадения гиф на отдельные короткие клетки, каждая из которых дает начало новому организму), хламидоспорами (образуются примерно так же, но имеют более толстою темноокрашенную оболочку, хорошо переносят неблагоприятные условия), путем почкования мицелия илииотдельных клеток (например, у дрожжевых грибов).

• бесполое размножение [показать] .

  Бесполое размножение осуществляется с помощью спор (зооспоры развиваются в зооспорангиях; спорангиоспоры лишены движения и развиваются на особых гифах - спорангионосцах) и конидий (образуются на мицелии или в разного рода споровместилищах - ложе, пикниды; одеты оболочкой, не имеют органов движения).

• половое размножение [показать] .

  Половое размножение состоит в слиянии мужских и женских половых гамет, в результате чего возникает зигота. У грибов различают изо-, гетеро- и оогамию. Половой продукт низших грибов (ооспора) прорастает в спорангий, в котором развиваются споры. У аскомицетов (сумчатых грибов) в результате полового процесса образуются сумки (или аски) - одноклеточные структуры, содержащие обычно 8 аскоспор. Сумки образуются непосредственно из зиготы (у низших аскомицетов) или на развивающихся из зиготы аскогенных гифах. В сумке происходит слияние ядер зиготы, затем мейотическое деление диплоидного ядра и образование гаплоидных аскоспор. Сумка активно участвует в распространении аскоспор.

  Для базидиальных грибов характерен половой процесс - соматогамия. Он состоит в слиянии двух клеток вегетативного мицелия. Половой продукт - базидия, на которой образуются 4 базидиоспоры. Базидиоспоры гаплоидны, они дают начало гаплоидному мицелию, который недолговечен. Путем слияния гаплоидного мицелия образуется дикариотический мицелий, на котором образуются базидии с базидиоспорами.

  У несовершенных грибов, а в некоторых случаях и у других половой процесс заменяется гетерокариозом (разноядерностью) и парасексуальным процессом. Гетерокариоз состоит в переходе генетически неоднородных ядер из одного отрезка мицелия в другой путем образования анастомозов или слияния гиф. Слияния ядер при этом не происходит. Слияние ядер после перехода их в другую клетку называется парасексуальным процессом.

Питание

Не менее 3/4 всех грибов - сапрофиты . Сапрофитный способ питания связан преимущественно с продуктами растительного происхождения (кислая реакция среды и состав органических веществ растительного происхождения более благоприятны для их жизни).

Грибы-симбионты связаны преимущественно с высшими растениями, мохообразными, водорослями, реже - с животными. Примером могут быть лишайники, микориза. Микориза - это сожительство гриба с корнями высшего растения. Открыто это явление в 1871 г. Ф, М. Каменским. Гриб помогает растению усваивать труднодоступные вещества гумуса, способствует поглощению элементов минерального питания, помогает своими ферментами в углеводном обмене, активизирует ферменты высшего растения; связывает свободный азот. От высшего растения гриб, очевидно, получает безазотные соединения, кислород и корневые выделения, способствующие прорастанию спор. Микориза очень распространена среди высших растений, она не обнаружена лишь у осоковых, крестоцветных и водных растений.

Экологические группы грибов

1. Почвенные грибы. Участвуют в минерализации органического вещества, образовании гумуса и т. п. В этой группе выделяют грибы, попадающие в почву только в определенные периоды жизни, и грибы ризосферы растений, живущие в зоне их корневой системы.

   Специализированные почвенные грибы:

   Шляпочные грибы

   Большинство видов этих грибов - сапрофиты. Развиваются на перегнойной почве, отмерших растительных остатках, некоторые на навозе. Вегетативное тело состоит из гиф, образующих находящуюся под землей грибницу. В процессе развития на грибнице вырастают зонтикоподобные плодовые тела, состоящие из пенька (ножки) и шляпки. Пенек и шляпка состоят из плотных пучков нитей грибницы.

   У части грибов на нижней стороне шляпки от центра к периферии радиально расходятся пластинки, на которых развиваются базидии, а в них споры - это гименофор. Такие грибы называются пластинчатыми. У отдельных видов этих грибов имеется покрывало (пленочка из неплодных гиф), защищающее гименофор. При дозревании плодового тела покрывало разрывается и остается в виде бахромы по краям шляпки или кольца на ножке. К пластинчатым грибам относятся сыроежки, рыжики, грузди, шампиньоны, опенки, бледная поганка.

   У некоторых грибов гименофор имеет трубчатую форму. Это трубчатые грибы. Их плодовые тела мясистые, быстро загнивают, легко повреждаются личинками насекомых, поедаются слизнями. К ним относятся белый гриб, подберезовик, масленок.

   Размножаются шляпочные грибы спорами и частями мицелия (грибницы).

   Съедобные и ядовитые грибы

   Съедобные грибы - это грибы, которые употребляются в пищу. В свежих грибах вода составляет 84-94 % общей массы. Химический состав сухого вещества такой: азотные соединения - 15-60 % (из них белки составляют до 70 %), углеводы - до 24 % (глюкоза, микоза, или грибной сахар, гликоген), жировые вещества - 1,5-10 %, органические кислоты, витамины В, Д, РР (витамин С отсутствует), смолы и эфирные масла, придающие грибам своеобразный вкус и запах, минеральные соединения - до 7 %.

   Белки грибов усваиваются только на 54-85 % - хуже, чем белки других растительных продуктов. Усвоению препятствует плохая растворимость белков. Жиры, углеводы усваиваются очень хорошо. Химический состав зависит от возраста гриба, его состояния, вида, условий произрастания, приготовления и др. Наиболее ценные съедобные грибы: белый, рыжик, подберезовик, масленок, подосиновик, грузди, лисички, строчки, сморчки. Можно употреблять в пищу молодые дождевики, рогатки.

   Богаты питательными веществами дрожжи, мицелий аспергилла рисового - их тоже можно употреблять в пищу, на корм скоту.

   Ядовитые грибы - это грибы, которые могут вызвать отравление человека и животных. Белки грибов довольно быстро разлагаются с образованием ядовитых азотистых оснований, поэтому отравление может быть вызвано и не ядовитыми, но несвежими грибами.

   Из шляпочных грибов, похожих на съедобные, наиболее опасны бледная поганка, мухоморы (красный, пантерный, змеиный), ложный опенок. В плодовых телах сморчковых грибов содержится ядовитая гельвеловая кислота, которая при кипячении гриба вымыбается.

   Грибное отравление может быть вызвано спорыньей ("злые корчи") или продуктами жизнедеятельности различных микроскопических грибков, в частности видами фузариев ("пьяный хлеб" - зерно, пропитанное ядовитыми веществами - продуктами жизнедеятельности грибов).

   Плесневые грибы

   К плесневым грибам принадлежат мукор, аспергилл, пеницилл. Эти грибы очень распространены в природе и играют важную роль в минерализации органических остатков. Некоторые из них используются в промышленности: аспергилл черный - для получения лимонной кислоты, пеницилл - для изготовления антибиотиков, некоторых сортов сыра. Плесневые грибы вызывают порчу продуктов, иногда болезни людей, животных, чаще растений.

   Мукор (головчатая плесень) появляется на пищевых продуктах, на навозе в виде пушистого белого налета, который через некоторое время чернеет. Гриб образует разветвленный мицелий, состоящий из одной клетки, от которой обособляется плодовое тело - воздушные гифы с мешком спорангием в виде головки сверху. В спорангии развиваются тысячи спор. Оболочка созревшего спорангия разрывается, споры освобождаются и при наличии тепла и влаги прорастают. При недостатке питательных веществ происходит половое размножение: нити разных мицелиев образуют выросты, на концах которых появляются гаметы. В результате слияния гамет образуется зигоспора. После периода покоя зигоспора прорастает, образуя зародышевый спорангий. Иногда (при недостатке кислорода) мицелий мукора распадается на отдельные членики, которые размножаются почкованием, как, например, дрожжи (мукоровые дрожжи).

   Аспергилл и пеницилл имеют многоклеточный мицелий. Плодоносная гифа (конидиеносец) аспергилла на верхушке имеет утолщение, несущее на себе палочкообразные выросты - стеригмы, от которых отшнуровывается цепочка спор - конидий. У пеницилла конидиеносец на верхушке не утолщается, а разветвляется. У аспергилла и пеницилла плодовые тела образуются редко. Они имеют вид маленьких шариков, внутри которых находятся сумки со спорами - клейстокарпии.

   В 1929 г. английский ученый А. Флеминг обнаружил антибактериальное действие пеницилла и выделил вещество, которое назвал пенициллином. Пенициллин широко используют для лечения болезней.

   Дрожжи - одноклеточные неподвижные организмы овальной или удлиненной формы, размером 8-10 мкм. Настоящего мицелия не образуют. В клетке имеется ядро, митохондрии, в вакуолях накапливается много веществ (органических и неорганических), в них происходят окислительно-восстановительные процессы. Дрожжи накапливают в клетках волютин. Вегетативное размножение происходит почкованием, у некоторых видов - делением. Спорообразование наступает после многократного размножения почкованием или делением. Оно совершается легче при резком переходе от обильного питания к незначительному, при поступлении кислорода. Споры образуются преимущественно без оплодотворения. В клетке число спор парное (чаще 4-8). У дрожжей известен и половой процесс.

   Распространены на растениях (на субстратах, богатых глюкозой, в нектаре цветков, на поверхности сладких плодов), в почве. Много видов (но далеко не все) обладают способностью к спиртовому брожению (пивные, винные дрожжи). Некоторые виды рода торула используются для изготовления молочных продуктов (кефир, кумыс и др.).

   Роль грибов в природе и их хозяйственное значение

   Грибы наряду с бактериями играют значительную роль в круговороте веществ. Они разлагают растительные остатки, особенно богатые целлюлозой и дубильными веществами. Почвенные грибы играют важную роль в процессах почвообразования (превращение органических веществ, создание соответствующей реакции, угнетение развития вредных организмов).

   Грибы широко используются в народном хозяйстве. Дрожжи применяют в хлебопекарной, молочной, пивоваренной, винодельной и спиртовой промышленности, некоторые виды мукора и аспергиллов - в спиртовой промышленности. Из аспергилла черного получают лимонную кислоту, нз грибов родов сахаромицес, торула (дрожжи) - витамины B 1 и В 2 . Витамины есть также в плодовых телах съедобных грибов. Белковые и жировые дрожжи, рисовый аспергилл, некоторые виды фузариума накапливают в своем теле белки и жиры. Их используют для откорма животных и в пищу. Многие грибы обладают богатым ферментным аппаратом. Ферменты грибов применяются для различных целей: пектиназы - для осветления фруктовых соков; целлюлазы - для переработки сырья, грубых кормов, разрушения остатков бумажных отходов; протеазы - для гидролиза белков; амилазы - для гидролиза крахмала. Во Вьетнаме приготовляют соусы с помощью ферментов некоторых плесневых грибов. Шляпочные грибы широко используются как продукты питания, а некоторые из них специально разводят. Во многих странах выращивают шампиньоны, в некоторых странах Западной Европы - летний опенок, в странах Юго-Восточной Азии - вольвариеллу (травяной шампиньон).

   Грибы могут продуцировать антибиотики (из грибов-пенициллов получают пенициллин), ростовые вещества (гиббереллин из гиббереллы). В качестве лекарственного препарата применяют экстракт из спорыньи.

   Грибы используют для биологического метода борьбы с вредителями сельского хозяйства (свекловичным долгоносиком, щитовками). Из грибов созданы препараты, применяемые для уничтожения вредных насекомых (боверин, триходермин).

   Вред от отдельных видов грибов достаточно значителен. Грибы наносят вред лесному хозяйству, поражая как растущие деревья, так и деловую древесину, они разрушают деревянные постройки (домовой гриб), шпалы, фанеру. Грибы портят смазочные масла, лакокрасочные покрытия, вызывают коррозию металлов, портят книги, ткани, бумагу.

   Развиваясь на соломе, сене, зерне, грибы выделяют ядовитые вещества и делают корм непригодным для употребления. Грибы являются причиной гниения продуктов, сырья, овощей, фруктов.

«Биология 6 класс грибы» - Богаты белком, витаминами группы В. Грибы-симбионты. Способы питания грибов: Одноклеточные грибы: Возбудитель мучнистой росы при большом увеличении. Попав в тесто, клетки пекарских дрожжей начинают размножаться. Что случилось с хлебом? В жертву быстро врастают нити гифов. Нити грибницы способны разрастаться, образуя сплошную сеть.

«Урок Грибы» - Подведение итога. Какие правила мы должны соблюдать, когда идем в лес? Что понравилось и что не понравилось на уроке? Тема урока. Достигли ли цели урока? станция «Географическая». станция «Биологическая». Как называется наука изучающая грибы? Где, ребята, часто встречаются грибы? Шляпочные и плесневые грибы.

«Грибы в природе» - Многообразие грибов. Растения. Карлики в грибном царстве. Грибы. Ножка есть, но нет сапожек, Шляпка есть, нет головы. Отправляемся в лес. Шляпка. Лисичка. Молочай. Под сосною у дорожки Кто стоит среди травы? Какие бывают грибы. Подосиновик. Царства живой природы. Маслёнок. Боровик. Грибница. Сыроежка.

«3 класс Грибы» - Мухомор. Подберёзовик. Маслёнок. Сатанинский гриб. Если не будет грибов, то круговорот веществ в природе будет незамкнутым! Подосиновик. Нам предстояло ответить на вопросы: Несъедобные грибы. Съедобные грибы. Из источников информации мы выяснили: Какие бывают грибы? Грибы – не растения и не животные.

«Плесневые грибы» - Образец № 2. Булка высохла, плесневые грибы не выросли. Образец № 4. Булка высохла, плесневые грибы не выросли. Цели нашей работы. Через 2 недели мы увидели: Образец № 4. Растворили соль в воде. Образец №2. Создание антибиотиков. Лекарственных препаратов, используемых в кардиологии. Разнообразие плесневых грибов.

«Грибы 5 класс» - Разнообразие грибов. Грибы – живые организмы! Памятка сборщику грибов. Бледная поганка. Мухомор. Грибы-живые организмы. Строение шляпочного гриба. Грибы-двойники. Основные свойства: -дыхание - питание - рост - размножение -старение.

Плесневые грибы из рода Penicillium относятся к растениям, которые очень широко распространены в природе. Это род грибов класса несовершенных, насчитывающий более 250 видов. Особое значение имеет зеленая кистевидная плесень – пеницилл золотистый, так как используется человеком для производства пенициллина.

Естественной средой обитания пенициллов является почва. Пенициллы часто можно увидеть в виде зеленого или голубого плесневого налета на разнообразных субстратах, в основном, растительных. Гриб пеницилл имеет сходное строение с аспергиллом, также относящимся к плесневым грибам. Вегетативный мицелий пеницилла ветвящийся, прозрачный и состоит из множества клеток. Отличие пеницилла от мукора в том, что его грибница многоклеточная, тогда как у мукора – одноклеточная. Гифы гриба пеницилла либо погружены в субстрат, либо расположены на его поверхности. От гиф отходят прямостоячие или приподнимающиеся конидиеносцы. Эти образования ветвятся в верхнем отделе и формируют кисточки, несущие цепочки одноклеточных окрашенных спор – конидий. Кисточки пенициллов могут быть нескольких видов: одноярусные, двухярусные, трехярусные и несимметричные. У некоторых видов пенициллов конидии образуют пучки – коремии. Размножение пеницилла происходит с помощью спор.

Многие из пенициллов обладают положительными качествами для человека. Они продуцируют ферменты, антибиотики, что обусловливает их широкое применение в фармацевтической и пищевой промышленности. Так, антибактериальный препарат пенициллин получают при использовании Penicillium chrysogenum, Penicillium notatum. Изготовление антибиотика происходит в несколько этапов. Вначале культуру гриба получают на питательных средах с добавлением кукурузного экстракта для лучшей продукции пенициллина. Затем выращивают пенициллин по способу погруженных культур в особых ферментаторах объемом в несколько тысяч литров. После извлечения пенициллина из культуральной жидкости проводится его обработка органическими растворителями и растворами солей до получения конечного продукта – натриевой или калиевой соли пенициллина.

Также плесневые грибы из рода Penicillium широко применяются в сыроварении, в частности, Penicillium camemberti, Penicillium Roquefort. Эти плесени используются в изготовлении «мраморных» сыров, к примеру, «Рокфор», «Горнцгола», «Стилтош». Все перечисленные виды сыров имеют рыхлую структуру, а также характерный вид и запах. Культуры пенициллов применяются на определенном этапе изготовления продукта. Так, при производстве сыра «Рокфор» используется селекционный штамм гриба Penicillium Roquefort, который может развиваться в рыхло спрессованном твороге, так как отлично переносит низкую концентрацию кислорода, а также устойчив к повышенному содержанию солей в кислой среде. Пеницилл выделяет протеолитические и липолитические ферменты, оказывающие воздействие на молочные белки и жиры. Сыр под влиянием плесневых грибов приобретает маслянистость, рыхлость, характерный приятный вкус и запах.

В настоящее время ученые проводят дальнейшие исследовательские работы по изучению продуктов обмена веществ пенициллов, чтобы в будущем их можно было использовать на практике в разных отраслях хозяйства.

Пенициллы по праву занимают первое место по распространению среди гифомицетов. Естественный резервуар их - почва, причем они, будучи в большинстве видов космополитами, в отличие от аспергиллов, приурочены больше к почвам северных широт.

Как и аспергиллы, они наиболее часто обнаруживаются в виде плесневых налетов, состоящих в основном из конидиеносцев с конидиями, на самых разных субстратах, главным образом растительного происхождения.

Представители этого рода были обнаружены одновременно с аспергиллами благодаря их в общем сходной экологии, широкому распространению и морфологическому сходству.

Мицелий пенициллов в общих чертах не отличается от мицелия аспергиллов. Он бесцветный, многоклетный, ветвящийся. Основное различие между этими двумя близкими родами заключается в строении конидиального аппарата. У пенициллов он более разнообразен и представляет собой в верхней части кисточку различной степени сложности (отсюда его синоним «кистевик»). На основе строения кисточки и некоторых других признаков (морфологических и культуральных) в пределах рода установлены секции, подсекции и серии.

Самые простые конидиеносцы у пенициллов несут на верхнем конце только пучок фиалид, образующих цепочки конидий, развивающихся базипетально, как у аспергиллов. Такие конидиеносцы называют одномутовчатыми или моновертициллятными (рис 1 и 2).

Рис. 1. Строение конидиеносцев у аспергилл

Рис. 2. Строение конидиеносцев у пеницилл

Более сложная кисточка состоит из метул, т. е. более или менее длинных клеток, расположенных на вершине конидиеносца, а на каждой из них находится по пучку, или мутовке, фиалид. При этом метулы могут быть или в виде симметричного пучка, или в небольшом количестве и тогда одна из них как бы продолжает основную ось конидиеносца, а другие располагаются на нем не симметрично. В первом случае они называются симметричными (секция Biverticillata-symmetrica), во втором - асимметричными. Асимметричные конидиеносцы могут иметь еще более сложное строение: метулы тогда отходят от так называемых веточек. И наконец, у немногих видов как веточки, так и метулы могут быть расположены не в один «этаж», а в два, три и больше. Тогда кисточка оказывается как бы многоэтажной, или многомутовчатой.

Детали строения конидиеносцев (гладкие они или шиповатые, бесцветные или окрашенные), размеры их частей могут быть различны в разных сериях и у разных видов, так же как форма, строение оболочки и размеры зрелых конидий. Так же как у аспергиллов, у некоторых пенициллов имеется высшее спороношение - сумчатое (половое). Сумки так же развиваются в нлейстотециях, похожих на клейстотеции аспергиллов. Эти плодовые тела были впервые изображены в работе О. Брефельдом.

Интересно, что у пенициллов существует та же закономерность, которая отмечена для аспергиллов, а именно: чем проще строение конидиеносного аппарата (кисточки), тем у большего числа видов мы находим клейстотеции. Таким образом, чаще всего они обнаруживаются в секциях Monoverticillata и Biverticillata-Symmetrica. Чем сложнее кисточка, тем меньше в этой группе встречается видов с клейстотециями. Так, в подсекции Asymmetrica-Fasciculata, характеризующейся особенно мощными конидиеносцами, объединенными в коремии, нет ни одного вида с клейтотециями. Из этого можно заключить, что эволюция пенициллов шла в направлении усложнения конидиеносного аппарата, возрастающей продукции конидий и угасания полового размножения. По этому поводу можно высказать некоторые соображения. Так как у пенициллов, как и у аспергиллов, имеется гетерокариозис и парасексуальный цикл, то эти особенности представляют собой ту базу, на основе которой могут возникать новые формы, приспосабливающиеся к разным экологическим условиям и способные завоевать новые жизненные пространства для особей вида и обеспечивать его процветание. В соединении с тем огромным количеством конидий, которые возникают на сложном конидиеносце (оно измеряется десятками тысяч), в то время как в сумках и в нлейстотециях в целом количество спор несоизмеримо меньше, общая продукция этих новых форм может быть очень велика. Таким образом, наличие парасексуального цикла и эффективного образования конидий, по существу, обеспечивает грибам ту выгоду, которую другим организмам доставляет половой процесс по сравнению с бесполым или вегетативным размножением.

В колониях многих пенициллов, как у аспергиллов, имеются склероции, служащие, по-видимому, для перенесения неблагоприятных условий.

Таким образом, в морфологии, онтогенезе и других особенностях аспергиллов и пенициллов имеется очень много общего, что позволяет предполагать их филогенетическую близость. Некоторые пенициллы из секции Monoverticillata имеют сильно расширенную верхушку конидиеносца, напоминающую вздутие конидиеносца аспергиллов, и, как аспергиллы, встречаются чаще в южных широтах.

Внимание к пенициллам возросло, когда у них впервые была открыта способность образовывать антибиотик пенициллин. Тогда в изучение пенициллов включились ученые самых разнообразных специальностей: бактериологи, фармакологи, медики, химики и т. д. Это вполне понятно, так как открытие пенициллина было одним из выдающихся событий не только в биологии, но и в ряде других областей, особенно в медицине, ветеринарии, фитопатологии, где антибиотики нашли затем самое широкое применение. Именно пенициллин был первым открытым антибиотиком. Широкое признание и применение пенициллина сыграло большую роль в науке, так как ускорило открытие и введение в лечебную практику других антибиотических веществ.

Лечебные свойства плесеней, образуемых колониями пенициллов, были впервые отмечены русскими учеными В. А. Манассеиным и А. Г. Полотебновым еще в 70-х годах 19-го века. Они использовали эти плесени для лечения кожных заболеваний и сифилиса.

В 1928 г. в Англии профессор А. Флеминг обратил внимание на одну из чашек с питательной средой, на которую была посеяна бактерия стафиллококк. Колония бактерии перестала расти под действием попавшей из воздуха и развивавшейся в этой же чашке сине-зеленой плесени. Флеминг выделил гриб в чистую культуру (зто оказался Penicillium notatum) и продемонстрировал его способность продуцировать бактериостатическое вещество, которое он назвал пенициллином. Флеминг рекомендовал использовать это вещество и отметил, что его можно применять в медицине. Однако значение пенициллина стало очевидным в полной мере лишь в 1941 г. Флори, Чейн и другие описали методы получения, очистки пенициллина и итоги первых клинических испытаний этого препарата. После этого была намечена программа дальнейших исследований, включавшая поиски более подходящих сред и способов культивирования грибов и получения более продуктивных штаммов. Можно считать, что именно с работ по повышению продуктивности пенициллов началась история научной селекции микроорганизмов.

Еще в 1942-1943 гг. было установлено, что способностью продуцировать большое количество пенициллина обладают также некоторые штаммы другого вида - P. Chrysogenum.

Penicillium chrysogenum. Фото: Carl Wirth

Конидиеносцев у пеницилл под микроскопом. Фото: AJ Cann

Вначале пенициллин получали, используя штаммы, выделенные из различных природных источников. Это были штаммы P. notaturn и P. chrysogenum. Затем были отобраны изоляты, дававшие более высокий выход пенициллина, сначала в условиях поверхностной, а потом и погруженной культуры в особых чанах-ферментерах. Был получен мутант Q-176, отличающийся еще более высокой продуктивностью, который и использовался для промышленного получения пенициллина. В дальнейшем на основе уже этого штамма были селекционированы еще более активные варианты. Работа по получению активных штаммов ведется непрерывно. Высокопродуктивные штаммы получают преимущественно при помощи сильнодействующих факторов (рентгеновские и ультрафиолетовые лучи, химические мутагены).

Лечебные свойства пенициллина очень разнообразны. Он действует на гноеродные кокки, гонококки, анаэробные бактерии, вызывающие газовую гангрену, в случаях различных абсцессов, карбункулов, раневых инфекций, остеомиелита, менингита, перитонита, эндокардитов и дает возможность спасти жизнь больных, когда другие лечебные препараты (в частности, сульфамидные) бессильны.

В 1946 г. удалось осуществить синтез пенициллина, который был идентичен природному, полученному биологическим путем. Однако современная пенициллиновая промышленность базируется на биосинтезе, так как он дает воз можность массового изготовления дешевого препарата.

Из секции Monoverticillata, представители которой чаще встречаются в более южных районах, наиболее распространен Penicillium frequentans. Он образует на питательной среде широко растущие бархатистые зеленые колонии с красновато-коричневой обратной стороной. Цепочки конидий на одном конидиеносце обычно соединены в длинные колонки, хорошо видимые при малом увеличении микроскопа. P. frequentans продуцирует ферменты пектиназу, используемую для просветления фруктовых соков, и протеиназу. При низкой кислотности среды этот гриб, как и близкий к нему P. spinulosum, образует глюконовую кислоту, а при более высокой кислотности - лимонную.

Пенициллиновая плесень. Фото: Steve Jurvetson

Продуценты пенициллина - P. chrysogenum и P. notatum. Они встречаются в почве и на различных органических субстратах. Макроскопически их колонии сходны. Они имеют зеленую окраску, и для них, как и для всех видов серии P. chrysogenum, характерно выделение на поверхности колонии эксудата желтого цвета и такого же пигмента в среду, оба эти вида вместе с пенициллином часто образуют эргостерол.

Очень большое значение имеют пенициллы из серии P. roqueforti. Они обитают в почве, но преобладают в группе сыров, характеризующихся «мраморностью». Это сыр «Рокфор», родиной которого является Франция; сыр «Горгонцола» из Северной Италии, сыр «Стилтош» из Англии и др. Всем этим сырам свойственны рыхлая структура, специфический вид (прожилки и пятна голубовато-зеленого цвета) и характерный аромат. Дело в том, что соответствующие культуры грибов используются в определенный момент процесса изготовления сыров. P. roqueforti и родственные виды способны расти в рыхло спрессованном твороге потому, что хорошо переносят пониженное содержание кислорода (в смеси газов, образующихся в пустотах сыра, его содержится меньше 5%). Кроме того, они устойчивы к высокой концентрации соли в кислой среде и образуют при этом липолитические и протеолитические ферменты, воздействующие на жировые и белковые компоненты молока. В настоящее время в процессе изготовления указанных сыров применяют селекционированные штаммы грибов.

Из мягких французских сыров -«Камамбер», «Бри» и др. - выделены P. camamberti и Р. саseicolum. Оба эти вида так давно и настолько адаптировались к своему специфическому субстрату, что из других источников почти не выделяются. В заключительной стадии изготовления сыров «Камамбер» или «Бри» творожную массу помещают для созревания в специальную камеру с температурой 13-14 °С и влажностью 55-60%, воздух которой содержит споры соответствующих грибов. В течение недели вся поверхность сыра покрывается пушистым белым налетом плесени толщиной 1-2 мм. Примерно в течение десяти дней плесневый налет приобретает голубоватый или зеленовато-серый цвет в случае развития P. camamberti или остается белым при преимущественном развитии Р. саseicolum. Масса сыра под воздействием ферментов грибов приобретает сочность, маслянистость, специфические вкус и аромат.

P. digitatum и P. Italicum на цитрусовых

P. digitatum выделяет этилен, вызывающий более быстрое созревание здоровых плодов цитрусовых, находящихся поблизости от плодов, пораженных этим грибом.

P. italicum представляет собой сине-зеленую плесень, вызывающую мягкую гниль плодов цитрусовых. Этим грибом чаще поражаются апельсины и грейпфруты, чем лимоны, в то время как P. digitatum развивается с равным успехом на лимонах, апельсинах и грейпфрутах. При интенсивном развитии P. italicum плоды быстро теряют свою форму и покрываются пятнами слизи.

Конидиеносцы P. italicum часто соединяются в коремии, и тогда плесневый налет приобретает зернистость. Оба гриба имеют приятный ароматический запах.

В почве и на различных субстратах (зерне, хлебе, промышленных товарах и т. п.) часто встречается P. expansum.Но особенно известен он как причина быстро развивающейся мягкой коричневой гнили яблок. Потери яблок от этого гриба при хранении составляют иногда 85-90%. Конидиеносцы этого вида также образуют коремии. Массы спор его, присутствующие в воздухе, могут вызывать аллергические заболевания.

Некоторые виды коремиальных пенициллов приносят большой вред цветоводству. Р. согутbiferum выделяется с луковиц тюльпанов в Голландии, гиацинтов и нарциссов в Дании. Установлена также патогенность P. gladioli для луковиц гладиолусов и, по-видимому, для других растений, имеющих луковицы или мясистые корни.

Некоторые пенициллы секции Asymmetrica (P. nigricans) образуют антигрибной антибиотик гризеофульвин, который показал хорошие результаты в борьбе с некоторыми болезнями растений. Его можно использовать для борьбы с грибами, вызывающими заболевания кожи и волосяных луковиц у людей и животных.

По-видимому, наиболее процветающими в природных условиях оказываются представители секции Asymmetrica. Они имеют более широкую экологическую амплитуду, чем другие пенициллы, лучше других переносят пониженную температуру (P. puberulum, например, может образовывать плесневые налеты на мясе в холодильниках) и относительно меньшее содержание кислорода. Многие из них встречаются в почве не только в поверхностных слоях, но и на значительной глубине, особенно коремиальные формы. Для некоторых видов, как, например, для P. chrysogenum, установлены очень широкие температурные границы (от -4 до +33 °С).

Имея широкий набор ферментов, пенициллы заселяют различные субстраты и принимают самое активное участие в аэробном разрушении растительных остатков.