Cladosporium sphaerospermum
Introduction
Cladosporium Sphaerospermum est un champignon saprobique cosmopolite qui habite une variété d’environnements. Principalement aéroporté, il se trouve dans l’air intérieur et extérieur et échantillonné non seulement dans les habitations et les plantes, mais aussi chez les humains. En tant que microorganisme halotolérant, C. sphaerospermum prospère dans les zones à forte salinité. Il peut également proliférer dans les zones de salinité modérée et faible. L’analyse phylogénétique de l’ARN suggère que C. sphaerospermum est une espèce fongique complexe englobant un certain nombre de souches différentes. Des études récentes montrent que C. sphaerospermum, un champignon anthropologique infectieux et allergène, peut survivre et prospérer dans les zones à forte radioactivité et peut réduire les niveaux de rayonnement. De plus, les émissions industrielles de gaz résiduaires, à savoir les hydrocarbures aromatiques, les cétones et certains acides organiques peuvent également être dégradées par le C. sphaerospermum, faisant du champignon un modèle potentiel pour étudier les mécanismes naturels de biofiltration. De plus, C. sphaerospermum peut éventuellement devenir un substitut aux engrais chimiques en raison de sa capacité à produire des gibbérellines, des hormones de croissance des plantes essentielles à la croissance et au développement des plantes.
Structure du génome
Bien qu’un certain nombre de souches de C. sphaerospermum aient été découvertes, une seule a été séquencée. C. sphaerospermum UM843 a été isolé à partir d’hémoculture humaine et le génome a été séquencé en 2012. Il se trouve à proximité de 31.92Mb. Le génome se compose d’un total de 10 020 gènes, dont environ 94% codent pour des protéines de plus de 100 acides aminés. La fréquence des exons dans le modèle proposé était de 2,26 exons par gène. Parmi les gènes détectés chez le gnome figuraient des gènes associés aux allergènes humains, les gènes de l’asénolase, de l’aldéhyde déshydrogénase et de la mannitol déshydrogénase. Certains des gènes présents dans le génome de C. sphaerospermum sont liés à la résistance aux antifongiques fluconazole, quinidine et fluorocytosine. Le génome comprend également des séquences codant pour les enzymes clés de la voie de biosynthèse de la mélanine.
Structure cellulaire
Les cellules flagellées à parois épaisses de ce champignon forment un dikaryon dans lequel, après fusion cytoplasmique de deux cellules (plasmogamie), les deux noyaux cohabitent sans fusion. Les cellules dikaryotes sont les plus courantes pour les hyphes ascogènes et l’ascocarpe du champignon rendant le reste du mycélium monokaryote. Les spores de C. sphaerospermum ont des formes différentes et sont libérées par un pore apical. Sous grossissement, le champignon semble former des structures arborescentes principalement assemblées par des chaînes ramifiées de conidies rondes sombres. Bien que les conidies aient un diamètre de 3 à 4,5 µm et soient souvent unicellulaires, elles forment fréquemment des chaînes en bourgeonnant, laissant la cellule la plus jeune à l’extrémité de la chaîne. Les conidies plus anciennes peuvent devenir oblongues ou en forme de bouclier et atteindre 15 µm de longueur. Lors du bourgeonnement, les conidies de C. sphaerospermum subissent souvent une septation et peuvent par conséquent présenter de nombreuses cicatrices de constriction. À 30°C, Cladosporium sphaerospermum forme 1.colonies poudrées de couleur gris foncé / vert de 0 cm de diamètre qui ressemblent à des dômes.
Processus métaboliques
En tant que saccharaomycètes, C. sphaerospermum utilise diverses enzymes métaboliques pour convertir le glucose, le saccharose et l’amidon en dioxyde de carbone et en alcool. Cependant, certaines souches de C. sphaerospermum utilisent différents types d’adaptations métaboliques pour résister à des environnements extrêmes. L’halotolérant C. sphaerospermum, par exemple, augmente l’activité de l’invertase extracellulaire lorsqu’il est cultivé dans un environnement à haute salinité. D’autres enzymes qui augmentent l’activité dans de tels environnements sont la fructose 1,6-diphosphate aldolase, l’isocitrate lyase et la malate déshydrogénase cytosolique. La réponse adaptative de C. sphaerospermum s’étend à sa capacité à se développer sur le toluène comme seule source de carbone et d’énergie. En fait, C. sphaerospermum est le premier organisme eucaryote à cataboliser le toluène comme seule source de carbone et d’énergie. C. sphaerospermum est également un producteur de métabolites secondaires. Parmi eux figurent la citrinine, la quinolactacine A1 et A2, les oxylipines et la mélanine. Il est fort probable qu’en raison de la production de citrinine, qui est une mycotoxine, certaines souches de C. sphaerospermum soient considérées comme des agents pathogènes des plantes car la citrinine provoque la rupture des chromosomes, la modification de l’absorption des acides aminés, l’inhibition de la germination des graines et la polyploïdie chez les plantes. Les quinolactacines sont des inhibiteurs connus du facteur de nécrose tumorale. Cependant, la fonction des quinolactacines chez C. sphaerospermum n’est pas claire. Les oxylipines, ou acides gras oxydés, comprennent les prostaglandines essentielles à la communication et à la viabilité des cellules fongiques.
Métabolisme de la mélanine.
La mélanine est l’un des métabolites secondaires produits par C. sphaerospermum. Il offre une protection contre la lumière ultraviolette et les agents oxydants, ainsi que facilite la prolifération fongique dans les zones à hauts niveaux de rayonnement. Il est cependant peu probable que la mélanine soit métabolisée par C. sphaerospermum — uniquement pour la protection, car certains microorganismes peuvent survivre à une exposition à des rayonnements élevés indépendamment de la mélanisation. Les mécanismes de synthèse de la mélanine chez C. sphaerospermum sont chimiquement divers et ne sont pas encore bien compris. Cependant, il existe des preuves que ce champignon produit de la mélanine à partir d’un substrat endogène via un intermédiaire 1,8-dihydroxynaphtalène (DHN). Des études microscopiques récentes montrent que la mélanine granulée est localisée à la paroi cellulaire où elle participe à la réticulation avec les polysaccharides. Il est probable que les vésicules internes semblables aux mélanosomes des mammifères sont les sites de synthèse de la mélanine chez C. sphaerospermum. La mélanine est transportée vers la paroi cellulaire via ces vésicules.
L’utilisation de rayonnements ionisants.
À la lumière des récents accidents survenus dans les centrales nucléaires, en particulier celui de la centrale de Tchernobyl en 1986, il a été découvert que C. sphaerospermum peut résister à des niveaux élevés de rayonnement et l’utiliser à son avantage. La production de mélanine par le champignon est liée à sa capacité à coloniser les zones à forte contamination radioactive. De plus, en présence de rayonnement, C. sphaerospermum peut prospérer sur des milieux riches en nutriments ainsi que sur les milieux nutritifs minimaux. Des études menées avec des échantillons de Tchernobyl indiquent que le changement des propriétés électroniques de la mélanine induit une prolifération fongique. Après exposition au rayonnement, la structure électronique de la mélanine change. Ils ont également démontré que la capacité de la mélanine à transférer des électrons dans la réaction d’oxydation / réduction du NADH était multipliée par 4. Les radicaux libres stables de la mélanine peuvent interagir avec des électrons de haute énergie qui peuvent endommager l’ADN fongique. L’interaction des radicaux libres créés par le rayonnement gamma avec les radicaux stables de la mélanine protège l’ADN des dommages causés par le rayonnement car les radicaux libres sont empêchés d’entrer dans la cellule puisque la mélatonine est localisée dans la paroi cellulaire et l’espace extracellulaire. De plus, les cellules fongiques mélanisées qui ont été exposées à des niveaux de rayonnement 500 fois plus élevés que le niveau de fond ont augmenté considérablement plus rapidement que les champignons non mélanisés ou les cellules qui ont reçu un niveau de rayonnement de fond. Études supplémentaires sur les effets des rayonnements sur C. les sphaerospermum montrent une croissance directionnelle du champignon vers la source de rayonnement. Ainsi, il est possible que C. sphaerospermum, facilité par la mélanine, puisse capter les rayonnements ionisants et les utiliser pour l’énergie métabolique.
Dégradation des composés organiques volatils.
Les composés organiques volatils (COV) dégradés par les champignons mélanisés comprennent les hydrocarbures aromatiques, les cétones et les acides organiques. Il a été découvert que C. sphaerospermum peut utiliser sa machinerie métabolique pour dégrader neuf COV différents. Par exemple, le toluène, qui est toxique pour le système nerveux central chez les humains et les animaux, peut être dégradé par le champignon et utilisé comme source unique de carbone et d’énergie. Dans ce champignon, le groupe méthyle du toluène est initialement attaqué pour former du benzoate par hydroxylation. En utilisant le NADPH et l’O2 pour oxyder le toluène, le glycérol, l’EDTA, le DTT et le PMSF, la toluène monooxygénase catalase l’assimilation du toluène par le champignon. Une hydroxylation supplémentaire du benzoate en 4-hydrozybenzoate conduit à la formation de protocatéchuate comme substrat de fission du cycle. Le benzène, l’éthylbenzène, le styrène, la méthyléthylcétone la méthylisobutylcétone et la méthyl propylcétone, ainsi que l’acétate de n-butyle et le 3-éthoxypropionate d’éthyle peuvent être utilisés par C. sphaerospermum comme seule source de carbone et d’énergie.
Production de gibbérellines.
L’une des souches de C. sphaerospermum peut potentiellement devenir un substitut aux engrais chimiques en raison de sa capacité à produire des gibbérellines, des hormones de croissance des plantes essentielles à la croissance et au développement des plantes. Il a été démontré que cette nouvelle identification est basée sur la souche MH-6 de la séquence d’ADNr 18s de C. sphaerospermum est un champignon endophyte qui produit neuf gibbérellines différentes induisant celles responsables de l’allongement maximal des pousses chez les plantes. Le mécanisme par lequel les gibbérellines sont produites par ce champignon reste à élucider. Cependant, Hamayun et all ont déterminé que la voie de biosynthèse des gibbérellines chez C. sphaerospermum est similaire à celle de F. fujicori, un producteur connu de gibbérellines.
Écologie
C. sphaerospermum est une espèce complexe qui peut se développer dans des environnements extrêmes et polaires. Ce champignon psychrotolérant, résistant aux UV et halotolérant peut survivre en Antarctique. Il peut également survivre à 25-30 ° C dans les zones où certaines des souches ont été isolées dans des environnements à faible salinité. Saprobe, C. sphaerospermum vit également dans des relations symbiotiques avec des plantes vivantes. Certaines souches de C.les sphaerospermum sont capables d’adopter et de prospérer dans des zones exposées à des niveaux élevés de rayonnements ionisants.
Pathologie
C. sphaerospermum est l’un des contaminants atmosphériques les plus couramment isolés. Certaines souches du champignon ne sont pas pathogènes pour l’homme et l’animal; ils sont cependant préjudiciables aux plantes. Certaines espèces peuvent provoquer des phaéhyphomycoses cérébrales et cutanées, une sinusite et une péritonite chez l’homme. En 2003, un cas a été rapporté d’une femme ayant développé une lésion intrabronchique due à C. sphaerospermum. Chez les animaux, la peau et les poumons sont les plus affectés par les organes fongiques. Par exemple, les souris exposées au champignon ont montré des infections systémiques et sous-cutanées et même la mort chez les souris immunodéprimées. C. sphaerospermum peut également provoquer un comportement erratique chez les vivaneaux rouges après une infection de la vessie et des reins. Eledone cirrhosa, la petite pieuvre, n’est pas non plus à l’abri de l’infection par ce champignon.
Pistes de recherche futures
- Étant donné que la quinolactacine Al et la quinolactacine A2 isolées de Pinicillium citrinum peuvent inhiber l’activité de l’acétylcholinestérase liée à la démence sénile chez les patients atteints d’Alzheimer (24), il est possible que la quinolactacine Al et la quinolactacine A2 isolées de C. sphaerospermum puissent également être utilisées dans des études sur des patients atteints de la maladie d’Alzheimer. C. les souches de sphaerospermum qui produisent de la quinolactacine Al et de la quinolactacine A2 pourraient être enrobées dans un environnement radioactif pour induire la prolifération du champignon afin d’obtenir un rendement élevé des métabolites. Déterminer quels effets ces métabolites auraient sur les cellules de mammifères pourrait être une piste de recherche plus approfondie de la guérison de la maladie d’Alzheimer.
- La prostaglandine E2 (PGE2), un composé analogue à une hormone, est liée au fonctionnement des muscles lisses et à la réponse immunitaire chez l’homme (25). Étant donné que C. sphaerospermum peut produire des oxylipines, certaines de ses souches cloud synthétisent la PGE2. Cela pourrait expliquer pourquoi certaines personnes ont une réaction allergique au champignon. La capacité du champignon à produire de la PGE2 reste à déterminer.
- La production de gibbérellines par C. sphaerospermum en fait un engrais potentiel. Cependant, on ignore si une telle utilisation peut induire des réactions indésirables ou bénéfiques chez les mammifères.
- Compte tenu de la capacité de C. sphaerospermum à se développer et à capter les rayonnements ionisants ainsi que de son métabolisme de composés organiques volatils, ce champignon pourrait être utilisé comme bioradioremédiateur universel.
Édité par, étudiant de Jennifer Talbot pour BI 311 Microbiologie générale, 2014, Université de Boston.
