Cladosporium sphaerospermum
introduktion
Cladosporium Sphaerospermum är en kosmopolitisk saprobisk svamp som bor i en mängd olika miljöer. Övervägande luftburet, det finns i inomhus-och utomhusluft och samplas från inte bara bostäder och växter utan också människor . Som en halotolerant mikroorganism trivs C. sphaerospermum i områden med hög salthalt. Det kan också sprida sig i områden med måttlig och låg salthalt . Fylogenetisk analys av RNA antyder att C. sphaerospermum är en komplex svamparter som omfattar ett antal olika stammar. Nya studier visar att C. sphaerospermum , en smittsam och allergiframkallande antropologisk svamp, kan överleva och trivas inom områdena hög radioaktivitet och kan minska strålningsnivåerna . Dessutom kan industriella avgasutsläpp, nämligen aromatiska kolväten, ketoner och vissa organiska syror också brytas ned av C. sphaerospermum, vilket gör svampen till en potentiell modell för att studera naturliga biofiltreringsmekanismer. Dessutom kan C. sphaerospermum eventuellt bli ett substitut för kemiska gödningsmedel på grund av dess förmåga att producera gibberelliner , växttillväxthormoner som är nödvändiga för växttillväxt och utveckling .
Genomstruktur
även om ett antal stammar av C. sphaerospermum har upptäckts har endast en sekvenserats. C. sphaerospermum UM843 isolerades från mänsklig blodkultur och genomet sekvenserades 2012. Det ligger i närheten av 31.92 Mb . Genomet består av totalt 10 020 gener, med cirka 94% kodning för proteiner med längre än 100 aminosyror. Exonfrekvensen i den föreslagna modellen var 2,26 exoner per gen . Bland de gener som detekterades i gnomen var gener associerade med humana allergener, generna för asenolas, aldehyddehydrogenas och mannitoldehydrogenas. Några av generna som finns i genomet av C. sphaerospermum är kopplade till resistensen mot svampdödande läkemedel Flukonazol, kinidin och fluorocytosin. Genomet inkluderar också sekvenser som kodar för nyckelenzymerna i melaninbiosyntesvägen .
cellstruktur
tjockväggiga flagellatceller av denna svamp bildar en dikaryon där, efter cytoplasmatisk fusion av två celler (plasmogami), de två kärnorna sambo utan fusion. Dikaryota celler är vanligast för ascogenous hyphae och ascocarp av svampen som gör resten av mycelia monokaryota. Sporerna av C. sphaerospermum har olika former och frigörs genom en apikal por . Under förstoring verkar svampen bilda trädliknande strukturer huvudsakligen sammansatta av förgreningskedjor av mörka runda konidier. Även om konidier är 3-4, 5 OC i diameter och ofta är encelliga, bildar de ofta kedjor genom att spira och lämnar den yngsta cellen vid kedjans spets . De äldre konidierna kan bli avlånga eller sköldformade och nå 15 occurm i längd. Vid spirande, C. sphaerospermum conidia genomgår ofta septation och kan följaktligen ha många förträngningsärr. Vid 30 kcal C bildar Cladosporium sphaerospermum 1.0 cm i diameter pulveriserade mörkgrå / grönfärgade kolonier som ser ut som kupoler .
metaboliska processer
som en sackaraomycetae använder C. sphaerospermum olika metaboliska enzymer för att omvandla glukos, sackaros och stärkelse till koldioxid och alkohol . Några av C. sphaerospermum-stammarna använder emellertid olika typer av metaboliska anpassningar för att motstå extrema miljöer. Halotolerant C. sphaerospermum ökar till exempel aktiviteten av extracellulärt invertas när det odlas i miljön med hög salthalt . Andra enzymer som ökar aktiviteten i sådana miljöer är fruktos 1,6-difosfataldolas, isocitratlyas och cytosoliskt malatdehydrogenas. Adaptivt svar av C. sphaerospermum sträcker sig till dess förmåga att växa på toluen som en enda källa till kol och energi . Faktum är att C. sphaerospermum är den första eukaryota organismen som rapporterades katabolisera toluen som den enda källan till kol och energi. C. sphaerospermum är också en producent av sekundära metaboliter. Bland dem är citrinin, quinolactacin A1 och A2, oxylipiner och melanin . Det är troligt att på grund av produktion av citrinin, som är ett mykotoxin, anses vissa stammar av C. sphaerospermum vara växtpatogener eftersom citrinin orsakar kromosombrott, modifiering av aminosyraupptag, hämning av frögroning och polyploidi i växter . Quinolaktaciner är kända tumörnekrosfaktorhämmare . Funktionen av kinolaktaciner i C. sphaerospermum är emellertid inte klar. Oxylipiner, eller oxiderade fettsyror, inkluderar prostaglandiner som är väsentliga för svampcellkommunikation och livskraft .
Melaninmetabolism.
Melanin är en av de sekundära metaboliterna som produceras av C. sphaerospermum. Det ger skydd mot ultraviolett ljus och oxidationsmedel, samt underlättar svampproliferation i områden med höga strålningsnivåer . Det är emellertid osannolikt att melanin metaboliseras av C. sphaerospermum-enbart för skydd, eftersom vissa mikroorganismer kan överleva exponering för hög strålning oavsett melanisering. Mekanismer för melaninsyntes i C. sphaerospermum är kemiskt olika och ännu inte väl förstådda. Det finns emellertid bevis för att denna svamp producerar melanin från ett endogent substrat via en 1,8-dihydroxinaftalen (DHN) mellanprodukt . Nya mikroskopiska studier visar att granulerat melanin är lokaliserat till cellväggen där det deltar i tvärbindning med polysackarider. Det är troligt att de inre vesiklarna som liknar däggdjursmelanosomer är platserna för melaninsyntes i C. sphaerospermum. Melanin transporteras till cellväggen via dessa vesiklar .
användningen av joniserande strålning.
mot bakgrund av de senaste olyckorna på kärnkraftverk, särskilt den på Tjernobyl kraftverk 1986, har det upptäckts att C. sphaerospermum tål höga strålningsnivåer och använder den till sin fördel. Produktionen av melanin av svampen är kopplad till dess förmåga att kolonisera områden med hög radioaktiv förorening . Dessutom, i närvaro av strålning, kan C. sphaerospermum trivas på höga näringsmedier såväl som på minimala näringsmedier. Studier utförda med prover från Tjernobyl indikerar att förändring i elektroniska egenskaper hos melanin inducerar svampproliferation . Efter exponering för strålning förändras den elektroniska strukturen av melanin. De visade också att förmågan hos melanin att överföra elektroner i NADH-oxidations – /reduktionsreaktionen ökade 4 gånger . De stabila fria radikalerna i melanin kan interagera med högenergielektroner som kan skada svamp-DNA. Samspelet mellan de fria radikalerna som skapas av gammastrålning med de stabila radikalerna i melanin skyddar DNA från strålningsskador eftersom de fria radikalerna hindras från att komma in i cellen eftersom melatonin är lokaliserat till cellväggen och extracellulärt utrymme . Dessutom växte de melaniserade svampcellerna som exponerades för strålningsnivåer 500 gånger högre än bakgrundsnivån betydligt snabbare än icke-melaniserad svamp eller cellerna som fick bakgrundsstrålningsnivå. Ytterligare studier om effekterna av strålning på C. sphaerospermum visar riktad tillväxt av svampen mot strålningskällan . Således är det möjligt att C. sphaerospermum, underlättad av melanin, kan fånga joniserande strålning och använda den för metabolisk energi .
nedbrytning av flyktiga organiska föreningar.
flyktiga organiska föreningar (VOC) som bryts ned av melaniserade svampar inkluderar aromatiska kolväten, ketoner och organiska syror. Det har upptäckts att C. sphaerospermum kan använda sin metaboliska maskin för att bryta ner nio olika VOC . Till exempel kan toluen, som är giftigt för centrala nervsystemet hos människor och djur, brytas ned av svampen och användas som en enda källa till kol och energi. I denna svamp attackeras metylgruppen toluen initialt för att bilda bensoat via hydroxylering. Genom att använda NADPH och O2 för att oxidera toluen, glycerol, EDTA, DTT och PMSF, toluenmonooxygenas katalaser assimilering av toluen av svampen . Ytterligare hydroxylering av bensoat till 4-hydrozibensoat leder till bildning av protocatechuate som ringfissionssubstrat . Bensen, etylbensen, styren, metyletylketon Metylisobutylketon och metylpropylketon, tillsammans med n-butylacetat och etyl-3-etoxipropionat kan användas av C. sphaerospermum som en enda kol-och energikälla .
gibberellins produktion.
en av stammarna av C. sphaerospermum kan potentiellt bli ett substitut för kemiska gödningsmedel på grund av dess förmåga att producera gibberelliner, växttillväxthormoner som är nödvändiga för växttillväxt och utveckling . Det har visats att nyligen identifierade baserat på 18S rDNA sekvens MH-6 stam av C. sphaerospermum är en endofytisk svamp som producerar nio olika gibberelliner som inducerar de som är ansvariga för maximal skottförlängning i växter. Mekanismen genom vilken gibberelliner produceras av denna svamp har ännu inte klargjorts. Hamayun et bestämde emellertid alla att biosyntesvägen för gibberelliner i C. sphaerospermum liknar den för F. fujicori, en känd producent av gibberelliner .
ekologi
C. sphaerospermum är en komplex art som kan växa i extrema och polära miljöer. Denna psykrotoleranta, UV-resistenta och halotoleranta svamp kan överleva i Antarktis. Det kan också överleva vid 25-30 kcal C i de områden där några av stammarna isolerades i miljöer med låg salthalt . Saprobe, C. sphaerospermum lever också i symbiotiska relationer med levande växter. Vissa stammar av C .sphaerospermum kan anta och trivas i områden som utsätts för höga nivåer av joniserande strålning .
patologi
C. sphaerospermum är en av de vanligaste isolerade luftburna föroreningarna. Några av svampens stammar är inte patogena för människor och djur; de är dock skadliga för växter. Några av arterna kan orsaka cerebral och kutan phaehyphomycoses, bihåleinflammation och peritonit hos människor . År 2003 rapporterades ett fall av en kvinna som utvecklade intrabronchial lesion på grund av C. sphaerospermum . Hos djur påverkas hud och lungor mest av svamporganen. Till exempel visade exponerade för svampmössen systemiska och subkutana infektioner och till och med död hos immunkomprometterade möss . C. sphaerospermum kan också orsaka oregelbundet beteende hos röda snappers efter infektion i urinblåsan och njuren . Eledone cirrhosa, den mindre bläckfisken, är inte heller immun mot infektion av denna svamp .
framtida forskningsvägar
- eftersom quinolactacin Al och quinolactacin A2 isolerade från Pinicillium citrinum kan hämma acetylkolinesterasaktivitet som är kopplad till senil demens hos Alzheimers patienter (24) är det möjligt att quinolactacin Al och quinolactacin A2 isolerade från C. sphaerospermum också kan användas i studier av patienter med Alzheimers sjukdom. C. sphaerospermum-stammar som producerar quinolactacin Al och quinolactacin A2 kan vara klänning i radioaktiv miljö för att inducera spridning av svampen för att erhålla högt utbyte av metaboliterna. Att bestämma vilka effekter sådana metaboliter skulle ha på däggdjursceller kan vara en väg för vidare sökning av botemedel mot Alzheimers sjukdom.
- Prostaglandin E2 (PGE2), en hormonliknande förening, är kopplad till glatt muskelfunktion och immunsvar hos människor (25). Eftersom C. sphaerospermum kan producera oxylipiner, några av dess stammar moln syntetisera PGE2. Detta kan förklara varför vissa individer har allergisk reaktion mot svampen. Svampens förmåga att producera PGE2 är ännu inte bestämd.
- produktion av gibberelliner av C. sphaerospermum gör det som ett potentiellt gödningsmedel. Det är emellertid okänt om sådan användning kan inducera negativ eller fördelaktig reaktion hos däggdjur.
- med tanke på C. sphaerospermums förmåga att växa och fånga joniserande strålning tillsammans med dess metabolism av flyktiga organiska föreningar, kan denna svamp användas som en universell bioradioremediator.
redigerad av, student av Jennifer Talbot för BI 311 allmän mikrobiologi, 2014, Boston University.
