曲霉

曲霉

P. Micheli Ex Haller

什么是曲霉模具?

曲霉is a diverse fungal genus with high economic and health impacts. Being able to withstand elevated temperatures and low water availability, genus曲霉它的性状态是世界上最普遍的破坏者之一。曲霉种虫害是无性繁殖,可以隔离d from most foods and raw materials. They share their habitat and thus compete with species from genera such as青霉镰刀菌。来自的真菌曲霉用于合成生物技术,食品和医疗行业中的各种化合物,也可以与植物,动物和人类感染有关。

如何曲霉看起来像?

曲霉spp。菌落通常是快速种植者,白色,黄色,棕色或绿色。通常,菌落表面由密集的直立分生孢子(孢子结构)组成(孢子结构)(图。1)。分生孢子是非分类物,由称为脚瓣的短菌丝形成。在分生孢子的结尾处,有一个单个囊泡,该囊泡通常是粗糙的,略微伸长或在某些物种中明显肿胀(图。1)。根据物种的不同,囊泡可以用单层的菲亚德利层覆盖,也可以带有额外的称为米拉的细胞层。这些细胞带有凤梨的螺旋体,形成了分生孢子(无性孢子)(1,2)。

(左)曲霉属。殖民地(右)曲霉尼日尔分生孢子
图1.(左)曲霉spp。殖民地(照片来源:Adrian J. Hunter,Wikipedia);(正确的)尼日尔曲霉分生孢子(照片来源:pancrat,Wikipedia)

第一种类型被命名为单性和后来的一两个结构。如果是曲霉物种具有双分离结构,将同时形成米拉和菲亚莱德。同时形成米拉和菲亚莱德都是特征的特征曲霉例如,属青霉spp。form these structures individually. Vesicles, phialides, metulae, and conidia constitute the conidial head. Depending on the species, conidia are single-celled, smooth-walled or rough, hyaline or pigmented. They are produced in long dry chains which may diverge from each other or be amassed in compact columns. Some species may produce Hülle cells or sclerotia, structures that help the fungus reproduce and survive harsh conditions (1–3).

在哪里可以曲霉被发现?

Aspergilli是该属成员使用的普通名称,是国际化的,并且通常在各种环境和气候区域中具有不同生态系统的真菌成员。由于它们可以定居许多不同类型的底物,因此可以在整个地球的生物群落中找到曲霉,例如土壤,所有类型的农业生态系统,水生态系统,人类,动物和其他生物生物。但是,也可以在盐的生态系统(例如盐游行和南极)中发现曲霉(4-6)。诸如A. FumigatusA. Terreus由于其生活方式和霉菌毒素的产生,可能对植物,动物和人类具有致病性。相反,许多物种(例如,A. Aculeatus,,,,A. Oryzae,,,,A. niger,,,,etc.) have applications in chemical, food, and agricultural industries for making fermented food products, organic acids, and a wide range of enzymes. For all these applications, aspergilli have been the focus of many research interests and thus hold high economic, health, and sociological values.

曲霉物种和分类学

米其里最初在1729年引入了曲霉属的名称。他的目的是描述形成分生孢子的无性真菌,类似于曲霉,这是一种用于在基督教教堂中撒下圣水的装置(图2)(7,8)。

图2.(向上)Aspergillum(照片来源:Pearson Scott Foresman,Wikipedia);(下)尼日尔曲霉分生孢子(照片来源:Kathie Hodge,Flickr)。

曲霉是一个包含大约300种的大属,可以根据系统发育的表型和生理特征分为六个亚属:calldati,nidulantes,曲曲霉,富米盖蒂,polypaecili, 和克雷米(1,9)。该分裂也与子属的性状态有关EUROTIUM链接到子属曲霉;性繁殖属芬内利亚,彼得罗斯, 和Neopetromyces与子属连接clardati;Neocarpenteles,二分法, 和Neosartorya链接到子属fumigati;emericella属与子属Nidulantes和属Chaetosartorya和Cristaspora到子属克雷米(1).

一些更值得注意的曲霉物种:

  • 尼日尔曲霉- 可以在土壤中发现并分解有机物。工业酶的重要来源。
  • 曲霉葡萄酒- 天然发生在土壤和腐烂的木材中。它产生黄曲霉毒素B1,可能对植物,人类和动物具有致病性(图3)。It can cause impaired food consumption, stunted growth, immune suppression, and possible liver cancer development in humans.
  • 曲霉菌- 植物上的腐烂。它会感染植物和人类,导致侵袭性曲霉病在免疫功能低下的患者中;它也是过敏原。
  • 曲霉菌- 它可以与衰老中的健康和植物中分离出来。它已经用于发酵大豆和大米数百年。
迷宫上的曲霉
图3。曲霉葡萄酒on maze (Photo Source: George Mahuku, CIMMYT, Flickr).

曲霉在工业中

真菌代谢产物是由Mycota产生的化合物,用于生长和生存。代谢产物通常是具有细胞信号,酶刺激和抑制,防御,通讯等功能的低分子量分子。它们可以分为原代和继发代谢物。原代代谢物为真菌的正常生长,发育和繁殖提供服务。次生代谢物具有多功能功能,并且被证明对我们具有巨大的价值。真菌二级代谢物具有抗菌剂(抗生素),抗癌和降低胆固醇的药物,免疫抑制剂,抗原乳酸,除草剂等的应用。Aspergilli显示了各种化合物,这些化合物连续显示了各种生物技术的观点(4,4,8)。

聚酮化合物也许是真菌生产的最丰富的二级代谢产物。它们是复杂的分子,在制药行业中具有连续的应用。强力霉素和红霉素等抗生素是聚酮化合物。曲霉产生一种称为洛伐他汀的聚酮化代谢物,用于控制血液中的胆固醇水平。但是,某些人产生的黄曲霉毒素曲霉物种也被分类为聚酮化合物(4,8)。

生物技术行业在很大程度上依靠真菌来进行各种酶生产。真菌(例如曲霉菌)之所以有用,是因为它们在培养基中分泌酶,很容易提取和纯化。深色色素的曲霉部分,尤其是A. niger各个行业都严重依赖脂肪酶的生产(例如,去除石油污渍的洗涤剂),laccase(去除有毒酚类化合物),果胶酶(植物差的生物降解,例如加快果汁的提取,),纤维素酶(从木质素中释放出糖,实际上用于每个行业),还有更多(4)。

曲霉毒素

黄曲霉毒素最初在1960年代引起了土耳其X爆发,这使英国伦敦的家禽物种遭到破坏。发生的事情是,用于家禽饲料的花生供应被污染曲霉葡萄酒,一种黄曲霉毒素分泌的真菌。这导致了超过100.000只火鸡死亡,随后发现了黄曲霉毒素。从那时起,自从发现许多其他产生黄曲霉毒素的真菌以来,这些毒素和生物在全球都产生了巨大的经济和医学影响。除了动物不可消化并积聚在肉中的事实外,黄曲霉毒素还具有热量和冷耐药性,并且无限期保留在食品中。摄入后,这些毒素具有引起癌症的潜力(致癌),改变我们的DNA(诱变),干扰胚胎发育(致伤性),损害我们的肝脏和肾脏(肝毒性和肾毒性),并抑制我们的免疫系统(免疫抑制)(免疫抑制)(免疫抑制)(免疫抑制)(免疫抑制)图4)(10)。

黄曲霉毒素污染路线
图4.黄曲霉毒素污染路线(照片来源:A.F. Alshannaq,J.G。Gibbons,M.K。Lee,K.H。Han,S.B。Hong,J.H。Yu。,Wikipedia)。

ochratoxin是另一种聚酮化合物衍生物和致癌真菌次生代谢产物。已知各种真菌物种会产生尾毒素,但是并非全部具有一致性。最值得注意的是曲曲霉,,,,A. Alliacus,,,,A. Melleus和一些菌株A. niger。绿曲霉污染物污染谷物,豆类,咖啡,干果,啤酒和葡萄酒以及肉类。它们可以充当肾毒素(肾脏),致癌物,致毒剂(增加先天性障碍的风险)和大鼠及其可能在人类中的免疫毒素(11)。

有趣的是,多毒素也可能是埃及木乃伊诅咒的背后。几位考古学家探索并发现了某些古埃及坟墓,由于无法解释的原因,突然去世了。一些人认为,死亡原因可能是通过吸入含有尾毒素的真菌孢子来刺激的急性肾衰竭。应该注意的是,这些解释只是建议,没有直接证据证明这种神秘的死亡理论(12,13)。

曲霉在我们家中霉

环境相对发霉指数(Ermi)是美国环境保护署和美国住房和城市发展部开发的一种室内空气质量测试方法。ERMI被设计为一种可靠,标准化的方法,用于评估美国房屋的空气质量和霉菌污染。它使用基于DNA的技术来评估测试家庭中存在哪些不良霉菌,与水损伤有关。它也可以给出其数量的价值。在该清单中的36种霉菌中,有10种属于曲霉属。这些包括曲霉葡萄酒,,,,A. Fumigatus,,,,A. niger,,,,A. Ochraceus,,,,A.青霉素,,,,A.限制性,,,,A.菌核,,,,A. Sydowii,,,,A. Unguis, 和A. versicolor。这些曲霉与各种不良健康问题有关,从呼吸刺激和过敏原到更严重的疾病,例如侵袭性曲霉菌病,肺炎和哮喘。

参考:

  1. Samson,R.A.,Visagie,C.M.,Houbraken,J.,Hong,S.B.,Hubka,V.,Klaassen,C.H。,…&Frisvad,J.C。(2014)。曲霉属的系统发育,鉴定和命名法。真菌学研究,,,,78,141-173。
  2. 曲霉|在线真菌学。可从:mycology.adelaide.edu.au
  3. Pitt,J。I.和Hocking,A。D.(2009)。真菌和食物变质(第519卷,第388页)。纽约:施普林格。
  4. Abdel-Azeem,A.M.,Abdel-Azeem,M.A.,Abdul-Hadi,S.Y。,&Darwish,A.G。(2019)。曲曲霉:生物多样性,生态意义和工业应用。在近期通过真菌的白色生物技术发展(第121-179页)。施普林格,康。
  5. Butinar,L.,Frisvad,J.C。和Gunde-Cimerman,N。(2011)。高盐水 - 一种潜在的食源毒曲霉和青霉素的来源。FEMS Microbiology Ecology,,,,77(1), 186-199.
  6. Arenz BE,Blanchette RA,Farrell RL。南极土壤中的真菌多样性。Antarct Terr Microbiol Phys Biol Prop Antrct土壤。2013年12月1日; 35-53。
  7. Micheli P. Nova Plantarum属
  8. Tsang,C.C.,Tang,J.Y.,Lau,S.K。,&Woo,P.C。(2018)。在Omics时代,现在和未来的曲曲霉,青霉和塔拉莫斯的分类学和演变。计算和结构生物技术杂志,,,,16,197-210。
  9. Houbraken, J. A. M. P., & Samson, R. (2011). Phylogeny of Penicillium and the segregation of Trichocomaceae into three families.真菌学研究,,,,70,1-51。
  10. Amare,M。G.和Keller,N。P.(2014)。黄曲霉曲霉次生代谢和发育的分子机制。真菌遗传学和生物学,,,,66,11-18。
  11. Bayman,P.,Baker,J.L.,Doster,M。A.,Michailides,T。J.,&Mahoney,N。E.(2002)。曲霉素Ochraceus组和曲霉菌的产生。应用和环境微生物学,,,,68(5),2326-2329。
  12. Bayman, P., & Baker, J. L. (2006). Ochratoxins: a global perspective.动植物病理学,,,,162(3),215-223。
  13. 迪·保罗(N.吸入霉菌毒素导致的急性肾衰竭。肾单位,,,,64(4),621-625。
  14. Vesper,S.,McKinstry,C.,Haugland,R.,Wymer,L.,Bradham,K.,Ashley,P。,&Friedman,W。(2007)。开发美国房屋的环境相对发霉指数。职业与环境医学杂志,,,,49(8),829-833。
  15. Vesper,S.,Wakefield,J.,Ashley,P.,Cox,D.,Dewalt,G。,&Friedman,W。(2011)。美国家庭房屋中环境相对霉菌模具的地理分布。Journal of environmental and public health,,,,2011

发布:2021年10月25日更新:2021年11月16日

Dusan Sadikovic

撰写人:

真菌学家-MSC,博士
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