Грибы рода Penicillium

     Лечебные  свойства плесеней, образуемых колониями  пенициллов, были впервые отмечены русскими учеными В. А. Манассеиным  и А. Г. Полотебновым еще в 70-х годах прошлого 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 (рис.3). Активные штаммы были выделены в СССР в 1942 г. профессором 3. В. Ермольевой с сотрудниками. Много продуктивных штаммов выделено и за рубежом. (рис.5) 

     Рис. 5 Продуктивные штаммы [4]. 

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. 

Из лесных почв и подстилки главным образом  хвойных лесов разных мест земного шара выделяется обычно P. thomii легко отличимый от других пенициллов секции Monoverticillata наличием розовых склероциев. Штаммы этого вида отличаются высокой активностью в разрушении танина, а также они образуют пенициллиновую кислоту — антибиотик, действующий на грамположительные и грамотрицательные бактерии, микобактерии, актиномицеты, на некоторые растения и животных.  

     Многие  виды из той же секции Monoverticillata были выделены с предметов военного снаряжения, с оптических инструментов и других материалов в условиях субтропиков и тропиков.   

С 1940 г. в странах  Азии, особенно в Японии и Китае, известно тяжелое заболевание людей  под названием отравления от желтого  риса. Оно характеризуется сильным  поражением центральной нервной  системы, двигательных нервов, расстройством сердечно-сосудистой системы и органов дыхания. Причиной заболевания оказался гриб P. citreo-viride, выделяющий токсин цитреовиридин. В связи с этим было высказано предположение, что при заболевании людей бери-бери наряду с авитаминозом имеет место и острый микотоксикоз.

Не меньшее  значение имеют представители секции Biverticillata-symmetrica. Они выделяются из различных  почв, из растительных субстратов и  промышленных изделий в условиях субтропиков и тропиков. 

Многие из грибов этой секции отличаются яркой окраской колоний и выделяют пигменты, диффундирующие в окружающую среду и окрашивающие ее. При развитии этих грибов на бумаге и бумажных изделиях, на книгах, предметах искусства, тентовых покрытиях, обивках автомобилей образуются цветные пятна. Один из основных грибов на бумаге и книгах — P. purpurogenum. Его широко растущие бархатистые желтовато-зеленые колонии обрамлены желтой каймой растущего мицелия, а обратная сторона колонии имеет пурпурно-красную окраску. Красный пигмент выделяется и в окружающую среду.

Иногда P. purpurogenum паразитирует на растениях, в частности  на корнях проростков кукурузы, на грибах аспергиллах, поселяется также на личинках некоторых видов комаров. Его  споры, находящиеся в воздухе, могут  быть причиной аллергических явлений (астмы, сенной лихорадки). Этот гриб вызывает также нередко отомикозы. Он входит в группу почвенных грибов-токсинообразователей и, в частности, угнетает развитие в почве азотфиксирующей бактерии Azotobacter chroococcnm.

Особенно большое  распространение и значение среди пенициллов имеют представители секции Asymmetrica. 

Выше уже говорилось о продуцентах 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 (рис.6).

     Рис. 6 выделение на поверхности колонии эксудата желтого цвета и такого же пигмента в среду [4].    

     Можно добавить, что 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.

     Кроме указанных пенициллов, используемых человеком в столь различных направлениях, среди представителей секции Asymmetriса имеется много вредоносных. Так, большой экономический ущерб причиняют P. digitatum и P. italicum, вызывающие гниение плодов цитрусовых. Часто обе гнили встречаются вместе, но они легко различимы, особенно в начале образования плесневых налетов. P. digitatum — раневой паразит, т. е. в здоровые, неповрежденные плоды его мицелий проникнуть не может. При благоприятных условиях он очень быстро распространяется по поверхности плодов, покрывая их в течение трех-четырех дней зеленовато-оливковым плотным налетом конидий. Пораженные плоды очень быстро сохнут на воздухе, сморщиваются и в заключение покрываются углублениями и мумифицированной коркой грязно-оливково-коричневого цвета («зеленая гниль» плодов 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. (рис.7)

     Рис. 7  Конидиеносцы P. Italicum [4].  

     В почве и на различных субстратах (зерне, хлебе, промышленных товарах и т. п.) часто встречается P. expansum (рис.7).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. 

Большое значение из коремиальных грибов имеют пенициллы  из серии P. cyclopium. Они широко распространены в почве и на органических субстратах, часто выделяются с зерна и зерновых продуктов, с промышленных товаров в разных зонах земного шара и отличаются высокой и разнообразной активностью.

P. cyclopium принадлежит  к одним из самых сильных  токсинообразователей в почве.    

     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.Использование продуктов обмена веществ пенициллов далеко не исчерпано, и дальнейшее изучение, без сомнения, откроет новые возможности их применения в различных отраслях народного хозяйства. 
 
 

      Методы исследований.

     Получают  пенициллин следующим образом. Культура ведется на средах, содержащих кукурузный экстракт, способствующий повышению выхода пенициллина. Лучшим углеводом для культуральной жидкости является лактоза. Добавление к питательной среде фенилуксусной кислоты и фенилацетамида в концентрации 0,02-0,08% заметно увеличивает выход пенициллина, так как эти вещества входят в молекулу антибиотика. Выращивают пенициллин по методу погруженных культур в специальных ферментаторах емкостью в несколько тонн. Пенициллин извлекается из культуральной жидкости последовательной обработкой органическими растворителями и слабощелочными растворами солей, из которых он затем кристаллизуется в виде натриевой и калиевой солей.

     На  искусственных питательных средах он образует гигантские колонии. На 12-14-й день роста на агаровой среде Чапека колонии бархатистые, диаметром 30-40 мм, иногда с разбросанными воздушными гифами, зеленовато-сизовато-голубые, затем зеленые, с белым краем в период роста; с возрастом приобретающие буроватый оттенок, с обильными бесцветными или желтыми каплями экссудата на поверхности. Обратная сторона колонии желтая или буровато-желтая. Окружающий агар окрашивается в желтый цвет. На мицелии развиваются особые гифы - конидиеносцы, несущие споры. В производстве пенициллина в настоящее время используются только селекционированные штаммы, не образующие желтого пигмента. Большинство этих штаммов берет начало от безпигментного мутанта этого вида, полученного действием ультрафиолетовых лучей на пигмектообразующий штамм. Производные этого штамма, полученные воздействием на него этиленамином с последующим отбором, обладают способностью давать до 3-4 тысяч ЕД пенициллина в 1 мл культурной жидкости. Морфологические признаки этих штаммов следующие: колония на 12-14-й день достигает 10-15 мм в диаметре, сильно складчатая, выпуклая или кратерообразная. Растущий край очень узкий и обрывистый. Колония кремовато-белого цвета со слабым зеленоватым оттенком не образуется, окружающий колонию агар не окрашен. Мицелий утолщенный с укороченными вздутыми клетками.