Cladosporium sphaerospermum
introduktion
Cladosporium Sphaerospermum er en kosmopolitisk saprobisk svamp, der befinder sig i forskellige miljøer. Overvejende luftbårne, det findes i indendørs og udendørs luft og samples fra ikke kun boliger og planter, men også mennesker . Som en halotolerant mikroorganisme trives C. sphaerospermum i områder med høj saltholdighed. Det kan også sprede sig i områder med moderat og lav saltholdighed . Fylogenetisk analyse af RNA antyder, at C. sphaerospermum er en kompleks svampeart, der omfatter en række forskellige stammer. Nylige undersøgelser viser, at C. sphaerospermum , en smitsom og allergifremkaldende antropologisk svamp, kan overleve og trives i områder med høj radioaktivitet og kan reducere strålingsniveauer . Desuden kan Industrielle off-gasemissioner, nemlig aromatiske carbonhydrider, ketoner og nogle organiske syrer også nedbrydes af C. sphaerospermum, hvilket gør svampen til en potentiel model til at studere naturlige biofiltreringsmekanismer. Derudover kan C. sphaerospermum muligvis blive en erstatning for kemisk gødning på grund af dets evne til at producere gibberelliner , plantevæksthormoner, der er essentielle for plantevækst og udvikling .
Genomstruktur
selvom et antal stammer af C. sphaerospermum er blevet opdaget, er kun en blevet sekventeret. C. sphaerospermum UM843 blev isoleret fra menneskelig blodkultur, og genomet blev sekventeret i 2012. Det er i nærheden af 31.92 Mb . Genomet består af i alt 10.020 gener, med cirka 94% kodning for proteiner med længere end 100 aminosyrer. Eksonfrekvensen i den foreslåede model var 2,26 eksoner pr. Blandt de gener, der blev påvist i gnomet, var gener forbundet med humane allergener, generne for asenolase, aldehyddehydrogenase og mannitoldehydrogenase. Nogle af de gener, der findes i genomet af C. sphaerospermum, er forbundet med resistensen over for svampedræbende stoffer. Genomet indeholder også sekvenser, der koder for de vigtigste stoffer i melaninbiosyntesevejen .
cellestruktur
tykvæggede flagellatceller af denne svamp danner en dikaryon, hvor de to kerner efter cytoplasmisk fusion af to celler (plasmogami) samboer uden fusion. Dikaryote celler er mest almindelige for den ascogene hyfer og svampens ascocarp, der gør resten af mycelien monokaryotisk. Sporerne af C. sphaerospermum har forskellige former og frigives gennem en apikal pore . Under forstørrelse ser svampen ud til at danne trælignende strukturer, der hovedsageligt er samlet af forgreningskæder af mørke runde konidier. Selvom conidia er 3-4, 5 liter i diameter og ofte er encellede, danner de ofte kæder ved spirende og efterlader den yngste celle ved spidsen af kæden . Den ældre conidia kan blive aflang eller skjoldformet og nå 15 liter i længden. Efter spirende, C. sphaerospermum conidia gennemgår ofte septation og kan derfor have adskillige indsnævringsar. Ved 30 kr. C danner Cladosporium sphaerospermum 1.0 cm i diameter pulveriseret mørkegrå/grønfarvede kolonier, der ligner kupler .
metaboliske processer
som saccharaomycetae bruger C. sphaerospermum forskellige metaboliske stoffer til at omdanne glucose, saccharose og stivelse til kulsyre og alkohol . Nogle af C. sphaerospermum-stammerne bruger imidlertid forskellige typer metaboliske tilpasninger til at modstå ekstreme miljøer. Halotolerant C. sphaerospermum øger for eksempel aktiviteten af ekstracellulær invertase, når den dyrkes i miljøet med høj saltholdighed . Fruktose 1,6-diphosphataldolase, isocitrat lyase og cytosolisk malatdehydrogenase. Adaptivt respons af C. sphaerospermum strækker sig til dets evne til at vokse på toluen som en eneste kilde til kulstof og energi . Faktisk er C. sphaerospermum den første eukaryote organisme, der blev rapporteret at katabolisere toluen som den eneste kilde til kulstof og energi. C. sphaerospermum er også producent af sekundære metabolitter. Blandt dem er citrinin, kinolactacin A1 og A2, oksylipiner og melanin . Det er mest sandsynligt, at nogle stammer af C. sphaerospermum på grund af produktion af citrinin, som er et mykotoksin, betragtes som plantepatogener, fordi citrinin forårsager kromosombrud, modifikation af aminosyreoptagelse, hæmning af frøspiring og polyploidi i planter . Kinolactaciner er kendte tumornekrosefaktorinhibitorer . Imidlertid er funktionen af kinolactaciner i C. sphaerospermum ikke klar. Prostaglandiner, der er essentielle for svampecellekommunikation og levedygtighed .
Melaninmetabolisme.
Melanin er en af de sekundære metabolitter produceret af C. sphaerospermum. Det giver beskyttelse mod ultraviolet lys og iltningsmidler, samt letter svampeproliferation i områder med høje strålingsniveauer . Det er imidlertid usandsynligt, at melanin metaboliseres af C. sphaerospermum— udelukkende til beskyttelse, da nogle mikroorganismer kan overleve udsættelse for høj stråling uanset melanisering. Mekanismer for melaninsyntese i C. sphaerospermum er kemisk forskellige og endnu ikke godt forstået. Der er imidlertid tegn på, at denne svamp producerer melanin fra et endogent substrat via et 1,8-dihydroksynaphthalen (DHN) mellemprodukt . Nylige mikroskopiske undersøgelser viser, at granuleret melanin er lokaliseret til cellevæggen, hvor det deltager i tværbinding med polysaccharider. Det er sandsynligt, at de indre vesikler, der ligner pattedyrs melanosomer, er stederne for melaninsyntese i C. sphaerospermum. Melanin transporteres til cellevæggen via disse vesikler .
anvendelse af ioniserende stråling.
i lyset af nylige ulykker på atomkraftværker, især den på Tjernobyl-kraftværket i 1986, er det blevet opdaget, at C. sphaerospermum kan modstå høje niveauer af stråling og bruge det til sin fordel. Svampens produktion af melanin er knyttet til dens evne til at kolonisere områder med høj radioaktiv forurening . Desuden kan C. sphaerospermum i nærvær af stråling trives på høje næringsmedier såvel som på de minimale ernæringsmedier. Undersøgelser udført med prøver fra Tjernobyl indikerer, at ændring i melanins elektroniske egenskaber inducerer svampeproliferation . Efter udsættelse for stråling ændres den elektroniske struktur af melanin. De viste også, at melanins evne til at overføre elektroner i NADH-iltnings – /reduktionsreaktionen steg 4 gange . De stabile frie radikaler i melanin kan interagere med højenergielektroner, der kan skade svampe-DNA. Interaktionen mellem de frie radikaler skabt af gammastråling med de stabile radikaler i melanin beskytter DNA mod strålingsskader, fordi de frie radikaler forhindres i at komme ind i cellen, da melatonin er lokaliseret til cellevæggen og det ekstracellulære rum . Desuden voksede de melaniserede svampeceller, der blev udsat for strålingsniveauer 500 gange højere end baggrundsniveauet betydeligt hurtigere end ikke-melaniseret svamp eller cellerne, der modtog baggrundsstrålingsniveau. Yderligere undersøgelser af virkningerne af stråling på C. sphaerospermum viser retningsbestemt vækst af svampen mod strålekilden . Det er således muligt, at C. sphaerospermum, lettet af melanin, kan fange ioniserende stråling og bruge den til metabolisk energi .
nedbrydning af flygtige organiske forbindelser.
flygtige organiske forbindelser (VOC ‘ er) nedbrudt af melaniserede svampe omfatter aromatiske carbonhydrider, ketoner og organiske syrer. Det er blevet opdaget, at C. sphaerospermum kan bruge sit metaboliske maskiner til at nedbryde ni forskellige VOC . For eksempel kan toluen, som er giftig for centralnervesystemet hos mennesker og dyr, nedbrydes af svampen og anvendes som en enkelt kilde til kulstof og energi. I denne svamp angribes methylgruppen af toluen oprindeligt for at danne bensoat via hydroksylering. Ved at bruge NADPH og O2 til at ilte toluen, glycerol, EDTA, DTT og PMSF, katalaser toluenmonoksygenase assimilering af toluen af svampen . Yderligere hydroksylering af bensoat til 4-hydrocybensoat fører til dannelse af protocatechuate som ringfissionssubstrat . C. sphaerospermum kan anvendes sammen med n-butylacetat og ethyl-3-ethiksipropionat som eneste kulstof-og energikilde .
Gibberellins produktion.
en af stammerne af C. sphaerospermum kan potentielt blive en erstatning for kemisk gødning på grund af dets evne til at producere gibberelliner, plantevæksthormoner, der er afgørende for plantevækst og udvikling . Det er blevet vist, at nyligt identificeret baseret på 18S rDNA sekvens MH-6 stamme af C. sphaerospermum er en endofytisk svamp, der producerer ni forskellige gibberelliner, der inducerer dem, der er ansvarlige for maksimal skudforlængelse i planter. Mekanismen, hvormed gibberelliner produceres af denne svamp, er endnu ikke belyst. Imidlertid fastslog Hamayun et alle, at biosyntesevejen for gibberelliner i C. sphaerospermum svarer til F. fujicori, en kendt producent af gibberelliner .
økologi
C. sphaerospermum er en kompleks art, der kan vokse i ekstreme og polære miljøer. Denne psykrotolerante, UV-resistente og halotolerante svamp kan overleve i Antarktis. Det kan også overleve ved 25-30 kg C i de områder, hvor nogle af stammerne blev isoleret i miljøer med lav saltholdighed . Saprobe, C. sphaerospermum lever også i symbiotiske forhold med levende planter. Nogle stammer af C .sphaerospermum er i stand til at adoptere og trives i områder udsat for høje niveauer af ioniserende stråling .
patologi
C. sphaerospermum er en af de mest almindeligt isolerede luftbårne forurenende stoffer. Nogle af svampens stammer er ikke patogene for mennesker og dyr; de er dog skadelige for planter. Nogle af arterne kan forårsage cerebrale og kutane phaehyphomycoses, bihulebetændelse og peritonitis hos mennesker . I 2003 blev der rapporteret om en kvinde, der udviklede intrabronchial læsion på grund af C. sphaerospermum . Hos dyr er hud og lunger mest påvirket af svampeorganerne. For eksempel viste eksponeret for svampemus systemiske og subkutane infektioner og endda død hos immunkompromitterede mus . C. sphaerospermum kan også forårsage uregelmæssig opførsel hos Røde snappere efter infektion i blæren og nyrerne . Eledone cirrhosa, den mindre blæksprutte, er heller ikke immun mod infektion af denne svamp .
fremtidige forskningsveje
- da kinolactacin Al og kinolactacin A2 isoleret fra Pinicillium citrinum kan hæmme acetylcholinesteraseaktivitet, der er knyttet til senil demens hos patienter med demens (24), er det muligt, at kinolactacin Al og kinolactacin A2 isoleret fra C. sphaerospermum også kan bruges i studier af patienter med kronisk demens, der er sygdom. C. sphaerospermum stammer, der producerer kinolactacin Al og kinolactacin A2 kunne være kjole i radioaktivt miljø for at inducere spredning af svampen for at opnå højt udbytte af metabolitterne. At bestemme, hvilke virkninger sådanne metabolitter ville have på pattedyrceller, kunne være en mulighed for yderligere søgning efter kur mod sygdom.
- Prostaglandin E2 (PGE2), en hormonlignende forbindelse, er forbundet med glat muskelfunktion og immunrespons hos mennesker (25). Da C. sphaerospermum kan producere oksylipiner, syntetiserer nogle af dens stammer Sky PGE2. Dette kan forklare, hvorfor nogle personer har allergisk reaktion på svampen. Svampens evne til at producere PGE2 er endnu ikke bestemt.
- produktion af gibberelliner af C. sphaerospermum gør det som en potentiel gødning. Det vides imidlertid ikke, om en sådan anvendelse kan fremkalde negativ eller gavnlig reaktion hos pattedyr.
- i betragtning af C. sphaerospermums evne til at vokse og fange ioniserende stråling sammen med dets metabolisme af flygtige organiske forbindelser, kunne denne svamp anvendes som en universel bioradioremediator.
redigeret af, studerende af Jennifer Talbot til BI 311 generel mikrobiologi, 2014, Boston University.
