Cladosporium sphaerospermum
Introducere
Cladosporium Sphaerospermum este o ciupercă saprobică cosmopolită care locuiește într-o varietate de medii. Predominant în aer, se găsește în aerul interior și exterior și este prelevat nu numai din locuințe și plante, ci și din oameni . Ca microorganism halotolerant, C. sphaerospermum prosperă în zone cu salinitate ridicată. De asemenea, poate prolifera în zonele cu salinitate moderată și scăzută . Analiza filogenetică a ARN sugerează că C. sphaerospermum este o specie fungică complexă care cuprinde un număr de tulpini diferite. Studii recente arată că C. sphaerospermum, o ciupercă antropologică infecțioasă și alergenică, poate supraviețui și prospera în zonele cu radioactivitate ridicată și poate reduce nivelurile de radiații . În plus, emisiile industriale în afara gazelor, și anume hidrocarburile aromatice, cetonele și unii acizi organici pot fi, de asemenea, degradate de C. sphaerospermum, făcând ciuperca un model potențial pentru studierea mecanismelor naturale de biofiltrare. În plus , C. sphaerospermum poate deveni un substitut pentru îngrășămintele chimice datorită capacității sale de a produce gibereline, hormoni de creștere a plantelor care sunt esențiali pentru creșterea și dezvoltarea plantelor .
structura genomului
deși au fost descoperite un număr de tulpini de C. sphaerospermum, doar una a fost secvențiată. C. sphaerospermum UM843 a fost izolat din cultura sângelui uman și genomul a fost secvențiat în 2012. Se află în vecinătatea a 31,92 Mb . Genomul constă dintr-un total de 10.020 de gene, cu aproximativ 94% care codifică proteinele cu mai mult de 100 de aminoacizi. Frecvența exonilor în modelul propus a fost de 2,26 exoni pe genă . Printre genele detectate în gnom au fost genele asociate cu alergenii umani, genele pentru asenolază, aldehidă dehidrogenază și manitol dehidrogenază. Unele dintre genele găsite în genomul C. sphaerospermum sunt legate de rezistența la medicamentele antifungice fluconazol, chinidină și fluorocitozină. Genomul include, de asemenea, secvențe care codifică enzimele cheie din calea biosintezei melaninei .
structura celulară
celulele flagelate cu pereți groși ale acestei ciuperci formează un dikaryon în care, după fuziunea citoplasmatică a două celule (plasmogamie), cele două nuclee conviețuiesc fără fuziune. Celulele dikariote sunt cele mai frecvente pentru hifele ascogene și ascocarpul ciupercii care redau restul monocariotei miceliei. Sporii de C. sphaerospermum au forme diferite și sunt eliberați printr-un por apical . Sub mărire, ciuperca pare să formeze structuri asemănătoare copacilor asamblate în principal prin lanțuri ramificate de conidii rotunde întunecate. Deși conidiile au un diametru de 3-4, 5 centimetri și sunt adesea unicelulare, ele formează frecvent lanțuri prin înmugurire, lăsând cea mai tânără celulă la vârful lanțului . Conidiile mai vechi ar putea deveni alungite sau în formă de scut și ar putea ajunge la lungimea de 15 mm. La înmugurire, C. sphaerospermum conidia suferă adesea septare și, prin urmare, ar putea avea numeroase cicatrici de constricție. La 30 C, Cladosporium sphaerospermum formează 1.0 cm în diametru sub formă de pulbere de culoare gri închis/Verde colonii colorate care arata ca cupole .
procese metabolice
ca saccharaomycetae, C. sphaerospermum utilizează diferite enzime metabolice pentru a transforma glucoza, zaharoza și amidonul în dioxid de carbon și alcool . Cu toate acestea, unele dintre tulpinile C. sphaerospermum folosesc diferite tipuri de adaptări metabolice pentru a rezista la medii extreme. Halotolerant C. sphaerospermum, de exemplu, crește activitatea invertazei extracelulare atunci când este cultivată în mediul cu salinitate ridicată . Alte enzime care cresc activitatea în astfel de medii sunt fructoza 1,6-difosfat aldolază, izocitrat liază și malat dehidrogenază citosolică. Răspunsul adaptiv al C. sphaerospermum se extinde la capacitatea sa de a crește pe toluen ca sursă unică de carbon și energie . De fapt, C. sphaerospermum este primul organism eucariot despre care s-a raportat că catabolizează toluenul ca singură sursă de carbon și energie. C. sphaerospermum este, de asemenea, un producător de metaboliți secundari. Printre acestea se numără citrinina, chinolactacina A1 și A2 , oxilipinele și melanina . Cel mai probabil, datorită producției de citrinină, care este o micotoxină, unele tulpini de C. sphaerospermum sunt considerate agenți patogeni ai plantelor, deoarece citrinina provoacă ruperea cromozomilor, modificarea absorbției aminoacizilor, inhibarea germinării semințelor și poliploidia la plante . Chinolactacinele sunt inhibitori cunoscuți ai factorului de necroză tumorală . Cu toate acestea, funcția chinolactacinelor în C. sphaerospermum nu este clară. Oxilipinele sau acizii grași oxidați includ prostaglandine care sunt esențiale pentru comunicarea și viabilitatea celulelor fungice .
metabolismul melaninei.
melanina este unul dintre metaboliții secundari produși de C. sphaerospermum. Oferă protecție împotriva luminii ultraviolete și a agenților oxidanți, precum și facilitează proliferarea fungică în zonele cu niveluri ridicate de radiații . Cu toate acestea, este puțin probabil ca melanina să fie metabolizată de C. sphaerospermum— numai pentru protecție, deoarece unele microorganisme pot supraviețui expunerii la radiații ridicate, indiferent de melanizare. Mecanismele de sinteză a melaninei în C. sphaerospermum sunt diverse din punct de vedere chimic și nu sunt încă bine înțelese. Cu toate acestea, există dovezi că această ciupercă produce melanină dintr-un substrat endogen printr-un intermediar 1,8-dihidroxinaftalină (DHN). Studii microscopice recente arată că melanina granulată este localizată pe peretele celular unde participă la reticulare cu polizaharide. Este probabil ca veziculele interne similare melanozomilor de mamifere să fie locurile de sinteză a melaninei în C. sphaerospermum. Melanina este transportată către peretele celular prin aceste vezicule .
utilizarea radiațiilor ionizante.
în lumina accidentelor recente asupra centralelor nucleare, în special a celei de la Cernobîl din 1986, s-a descoperit că C. sphaerospermum poate rezista la niveluri ridicate de radiații și o poate folosi în avantajul său. Producția de melanină de către ciupercă este legată de capacitatea sa de a coloniza zone cu contaminare radioactivă ridicată . Mai mult, în prezența radiațiilor, C. sphaerospermum poate prospera pe medii nutritive ridicate, precum și pe medii nutriționale minime. Studiile efectuate cu probe de la Cernobîl indică faptul că schimbarea proprietăților electronice ale melaninei induce proliferarea fungică . După expunerea la radiații, structura electronică a melaninei se schimbă. De asemenea, au demonstrat că capacitatea melaninei de a transfera electroni în reacția de oxidare/reducere NADH a crescut de 4 ori . Radicalii liberi stabili din melanină pot interacționa cu electronii de mare energie care pot deteriora ADN-ul fungic. Interacțiunea radicalilor liberi creați de radiația gamma cu radicalii stabili din melanină protejează ADN-ul de deteriorarea radiațiilor, deoarece radicalii liberi sunt împiedicați să intre în celulă, deoarece melatonina este localizată în peretele celular și în spațiul extracelular . Mai mult, celulele fungice melanizate care au fost expuse la niveluri de radiații de 500 de ori mai mari decât nivelul de fond au crescut considerabil mai repede decât ciupercile nemelanizate sau celulele care au primit nivel de fond de radiații. Studii suplimentare despre efectele radiațiilor asupra C. sphaerospermum arată creșterea direcțională a ciupercii spre sursa de radiații . Astfel, este posibil ca C. sphaerospermum, facilitat de melanină, să poată capta radiații ionizante și să o folosească pentru energia metabolică .
degradarea compușilor organici volatili.
compușii organici volatili (COV) degradați de ciupercile melanizate includ hidrocarburi aromatice, cetone și acizi organici. S-a descoperit că C. sphaerospermum își poate folosi mașinile metabolice pentru a degrada nouă COV diferite . De exemplu, toluenul, care este toxic pentru sistemul nervos central la oameni și animale, poate fi degradat de ciupercă și utilizat ca o singură sursă de carbon și energie. În această ciupercă, gruparea metil a toluenului este inițial atacată pentru a forma benzoat prin hidroxilare. Prin utilizarea NADPH și O2 pentru a oxida toluenul, glicerolul, EDTA, DTT și PMSF, toluenul monooxigenază catalază asimilarea toluenului de către ciupercă . Hidroxilarea ulterioară a benzoatului la 4-hidrozibenzoat duce la formarea protocatechuatului ca substrat de fisiune inelară . Benzen, etilbenzen, stiren, metil etil cetonă metil izobutil cetonă și metil propil cetonă, împreună cu acetat de n-butil și 3-etoxipropionat de etil pot fi utilizate de C. sphaerospermum ca sursă unică de carbon și energie .
producția de Giberelină.
una dintre tulpinile de C. sphaerospermum poate deveni un substitut pentru îngrășămintele chimice datorită capacității sale de a produce gibereline, hormoni de creștere a plantelor care sunt esențiali pentru creșterea și dezvoltarea plantelor . S-a demonstrat că nou identificate pe baza secvenței 18S ADNR MH-6 tulpina de C. sphaerospermum este o ciupercă endofitică care produce nouă gibereline diferite care îi induc pe cei responsabili de alungirea maximă a lăstarilor la plante. Mecanismul prin care giberelinele sunt produse de această ciupercă nu a fost încă elucidat. Cu toate acestea, Hamayun și toți au stabilit că calea de biosinteză a giberelinelor în C. sphaerospermum este similară cu cea a lui F. fujicori, un producător cunoscut de gibereline .
Ecologie
C. sphaerospermum este o specie complexă care poate crește în medii extreme și polare. Această ciupercă psihotolerantă, rezistentă la UV și halotolerantă poate supraviețui în Antarctica. De asemenea, poate supraviețui la 25-30 centimetri C în zonele în care unele tulpini au fost izolate în medii cu salinitate scăzută . Saprobe, C. sphaerospermum trăiește, de asemenea, în relații simbiotice cu plante vii. Unele tulpini de C .sphaerospermum sunt capabili să adopte și să prospere în zonele expuse la niveluri ridicate de radiații ionizante .
patologie
C. sphaerospermum este unul dintre cei mai frecvent izolați contaminanți din aer. Unele dintre tulpinile ciupercii nu sunt patogene pentru oameni și animale; cu toate acestea, ele sunt în detrimentul plantelor. Unele dintre specii pot provoca faehifomicoze cerebrale și cutanate, sinuzită și peritonită la om . În 2003 a fost raportat un caz al unei femei care a dezvoltat leziuni intrabronhiale datorate C. sphaerospermum . La animale, pielea și plămânii sunt cei mai afectați de organele fungice. De exemplu, șoarecii expuși la ciuperci au prezentat infecții sistemice și subcutanate și chiar moartea la șoarecii imunocompromiși . C. sphaerospermum poate provoca, de asemenea, un comportament neregulat la snappers roșii după infecția vezicii urinare și a rinichilor . Eledone cirrhosa, caracatița mai mică, nu este, de asemenea, imună la infecția cu această ciupercă .
viitoarele căi de cercetare
- deoarece chinolactacina Al și chinolactacina A2 izolate din Pinicillium citrinum pot inhiba activitatea acetilcolinesterazei care este legată de demența senilă la pacienții cu Alzheimer (24), este posibil ca chinolactacina Al și chinolactacina A2 izolate din C. sphaerospermum să poată fi utilizate și în studiile pacienților cu boala Alzheimer. C. tulpinile sphaerospermum care produc quinolactacin Al și quinolactacin A2 ar putea fi îmbrăcate în mediu radioactiv pentru a induce proliferarea ciupercii pentru a obține un randament ridicat al metaboliților. Determinarea efectelor pe care le-ar avea astfel de metaboliți asupra celulelor mamiferelor ar putea fi o cale pentru căutarea în continuare a tratamentului pentru boala Alzheimer.
- prostaglandina E2 (PGE2), un compus asemănător hormonilor, este legată de funcționarea musculaturii netede și de răspunsul imun la om (25). Deoarece C. sphaerospermum poate produce oxilipine, unele dintre tulpinile sale cloud sintetizează PGE2. Acest lucru ar putea explica de ce unele persoane au reacții alergice la ciuperca. Capacitatea ciupercii de a produce PGE2 nu este încă determinată.
- producția de giberelină de către C. sphaerospermum o face ca îngrășământ potențial. Cu toate acestea, nu se cunoaște dacă o astfel de utilizare poate induce reacții adverse sau benefice la mamifere.
- având în vedere capacitatea C. sphaerospermum de a crește și de a capta radiațiile ionizante împreună cu metabolismul compușilor organici volatili, această ciupercă ar putea fi utilizată ca bioradioremediator universal.
editat de, student al Jennifer Talbot pentru Bi 311 Microbiologie generală, 2014, Universitatea din Boston.
