Микроскопические грибы как продуценты БАВ

МИНОБРНАУКИ

ФГБОУ «Тверской государственный технический университет»

Кафедра Биотехнологии и химии

Реферат

на тему:

ГРИБЫ

                                                                                                                Выполнил: студент 4 курса

                                                                                                                группы БТ-0803

                                                                                                                Баскаков А.С.

                                                                                                                Проверил: Прутенская Е.А.

Тверь 2012

Содержание

Строение грибов…………………………………………………………………..3

Размножение грибов………………………………………………………………5

Систематика грибов………………………………………………………………8

Продукты, получаемые из грибов………………………………………………..9

Строение грибов

Грибы — обширная группа организмов, насчитывающая около 100 тыс. видов. Они занимают особое положение в системе органического мира, представляя, по-видимому, особое царство, наряду с царствами животных и растений. Они лишены хлорофилла и поэтому требуют для питания готовое органическое вещество (их называют гетеротрофными). По наличию в обмене мочевины, хитина в оболочке клеток, запасного продукта — гликогена, а не крахмала — они приближаются к животным. С другой стороны, по способу питания путем всасывания (адсорбтивное питание), а не заглатывания пищи, по неограниченному росту они напоминают растения.

Грибы весьма разнообразны по внешнему виду, местам обитания и физиологическим функциям. Однако у них есть и общие черты. Основой вегетативного тела грибов является мицелий, или грибница, представляющая собой систему тонких ветвящихся нитей, или гиф, находящихся на поверхности субстрата, где живет гриб, или внутри его. Обычно грибница бывает весьма обильна, с большой общей поверхностью. Через нее осмотическим путем происходит всасывание пищи. У грибов, условно называемых низшими, грибница не имеет перегородок (неклеточная); у некоторых тело представляет голый протопласт; у остальных грибница разделена на клетки.

Клетка грибов в большинстве покрыта твердой оболочкой — клеточной стенкой. Ее нет у зооспор и вегетативного тела некоторых простейших грибов. Внутрь от клеточной стенки расположена цитоплазматическая мембрана, окружающая внутреннюю часть клетки — протопласт (рисунок 1).

Рисунок 1 – Грибная клетка.

Клеточная стенка на 80-90% состоит из содержащих азот и безазотистых полисахаридов. Кроме того, в ее составе в небольшом количестве имеются белки, липиды и полифосфаты. У большинства грибов основпым полисахаридом является хитин, а у оомицетов — целлюлоза.

В цитоплазме гриба содержатся структурные белки и не связанные с органоидами клетки ферменты, аминокислоты, углеводы, липиды. В грибной клетке есть органеллы: митохондрии (сходные в основном с таковыми у высших растений), лизосомы с протеолитическими ферментами, осуществляющими расщепление белков. В клетке гриба есть вакуоли, содержащие запасные питательные вещества — волютин, липиды, гликоген, а также жиры, в основном ненасыщенные жирные кислоты. Крахмала нет.

В грибной клетке имеется от одного до нескольких ядер. У ядра двойная мембрана, ядрышко и хромосомы, содержащие дезоксирибонуклеиновую кислоту (ДНК).

Рисунок 2 – Ложная ткань гриба:
1 - наружный слой; 2 - внутренний слой.

Гифы, из которых образуется мицелий, имеют верхушечный рост и обильно ветвятся. Ветви у них тем моложе, чем ближе расположены к растущей вершине. При образовании органов спороношения, а часто и в вегетативных органах грибные нити плотно переплетаются, образуя ложную ткань, или плектенхиму (рисунок 2). Она отличается от настоящей ткани своим происхождением. Ложная ткань грибов образуется путем переплетения нитей грибницы, а у высших растений — в результате деления клеток по всем направлениям. Под микроскопом плектенхима нередко напоминает обычную паренхиму, причем иногда в ней наблюдается известная дифференцировка на кроющую, проводящую и т. п.

Как указывалось, у большинства хитридиевых грибов мицелий отсутствует, и тогда тело их представлено голым протопластом. У других хитридиевых, а также у оомицетов, большинства зигомицетов он лишен перегородок, хотя иногда достигает больших размеров, представляя, по существу, одну гигантскую клетку со многими ядрами. У остальных грибов гифы мицелия имеют поперечные перегородки, делящие их на клетки, часто многоядерные.

Параллельное соединение гиф образует мицелиальные тяжи, хорошо заметные при основании крупных плодовых тел. По ним притекают вода и питательные вещества.

У некоторых грибов (особенно у опенка и домовых грибов) тяжи более мощные, их называют ризоморфами (они достигают нескольких метров длиной и нескольких миллиметров толщиной). У ризоморфов стенки наружных гиф темного цвета, а внутренние гифы обычно белые. Назначение ризоморфов то же, что и тонких тяжей, причем в некоторых случаях внутри ризоморф имеются особые проводящие трубки — широкие гифы, напоминающие сосуды высших растений.

Особый тип видоизменения мицелия представляют склероции — плотные переплетения гиф. Склероции богаты запасными питательными веществами и помогают грибу переносить неблагоприятные условия зимой, во время засухи и т. п. Склероции снаружи обычно темные, округлые или неправильной формы, от очень мелких до 30 см в диаметре. Из склероциев развиваются или мицелий, или органы плодоношения.

Размножение грибов

У грибов различают вегетативное, бесполое и половое размножение.

Вегетативное размножение может осуществляться при отделении от основной массы мицелия его частей, которые могут развиваться самостоятельно. Кроме того, на мицелии могут развиваться артроспоры (оидии) и хламидоспоры. Артроспоры образуются в результате распадения гиф на отдельные короткие клетки, каждая из которых дает начало новому организму. Хламидоспоры образуются примерно так же, но они имеют более толстую темноокрашенную оболочку. Они хорошо переносят неблагоприятные условия и прорастают чаще всего мицелием.

Вегетативное размножение возможно также путем почкования мицелия или отдельных клеток, например у дрожжевых грибов. Процесс этот состоит в том, что на клетках мицелия образуются выросты (почки), постепенно увеличивающиеся в размерах. Такие почки отделяются от материнской клетки или сохраняют с ней связь, принимая вид своеобразных цепочек. Почкование особенно свойственно дрожжевым грибам, но бывает и у представителей других групп. Например, часто почкуются сумкоспоры у голосумчатых грибов и базидиоспоры некоторых головневых.

Бесполое размножение осуществляется при помощи специальных образований, называемых спорами. Споры могут развиваться внутри специальных споровместилищ (эндогенно) или на концах особых выростов мицелия — конидиеносцах (экзогенно).

У многих низших грибов бесполое размножение происходит при помощи подвижных зооспор, снабженных жгутиками и способных к самостоятельному движению в воде. Зооспоры развиваются в зооспорангиях. У других низших грибов споры лишены органов движения, образуются они в спорангиях, а сами споры называются спорангиоспорами. Спорангии сидят на особых, отличных от остальных, гифах — спорангионосцах, поднимающихся кверху от субстрата, на котором они развились. Такое расположение спорангиев облегчает распространение спор токами воздуха, после того как они освобождаются от разрыва оболочки спорангиев.

Бесполое размножение при помощи конидий известно у сумчатых, базидиальных, несовершенных и немногих низших грибов, приспособленных к наземному существованию. Конидии одеты оболочкой, у них нет органов движения (жгутиков), распространяются они воздушными течениями, насекомыми, человеком. По воздуху конидии могут переноситься на большие расстояния. Есть сведения, что споры возбудителя стеблевой ржавчины пшеницы переносились на 1000 км от источника массового их развития.

Конидии различаются по способу образования. Описание этого процесса и разных типов конидий дается в главе о несовершенных грибах. Образование их происходит на мицелии или в разного рода споровместилищах (ложе пикниды). При прорастании конидии дают ростковую трубку, а затем гифы.

Половое размножение состоит в слиянии мужских и женских половых гамет, в результате чего возникает зигота. Гаметы эти гаплоидны, т. е. имеют половинный (непарный) набор хромосом. При образовании зиготы ядра сливаются, происходит удвоение числа хромосом и наступает диплоидная фаза с полным (парным) набором хромосом. У низших грибов половой процесс состоит в слиянии одинаковых и разных по размерам подвижных гамет (соответственно изо- и гетерогамия) или имеет место оогамный половой процесс. В последнем случае развиваются женские (оогонии) и мужские (антеридии) половые органы. В оогониях развивается несколько яйцеклеток или одна из них. Оплодотворение яйцеклетки происходит или сперматозоидами, или выростом (отрогом) антеридия, переливающим в оогоний свое содержимое. У низших грибов половой продукт (ооспора) прорастает в спорангий . со многими в нем спорами.

У грибов-зигомицетов половой процесс состоит в слиянии двух, чаще внешне не различимых клеток на концах мицелия (зигогамия). У многих из них сливаться могут лишь клетки, имеющие разные половые знаки, условно обозначаемые + или -, хотя внешне и одинаковые. Это явление названо гетероталлизмом (раздельнополостью). Открыто оно было у мукоровых грибов, а в настоящее время известно у грибов из многих систематических групп.

У сумчатых грибов половой процесс состоит в оплодотворении выростом антеридия женского полового органа (архикарпа) с недифференцированным на яйцеклетки содержимым. Архикарп образован из аскогона. и трихогины, через которую и переливается в аскогон содержимое антеридия. При этом мужские и женские ядра соединяются попарно (но не сливаются), образуя дикарионы. После оплодотворения из аскогона развиваются выросты — аскогенные гифы. На их концах после слияния ядер (кариогамии) образуются сумки, или аски, и в них сумкоспоры, или аскоспоры. Перед образованием аскоспор происходит редукционное деление. Сумки тем или иным путем оказываются заключенными в плодовые тела — клейстотеции, перитеции, апотеции, псевдотеции. Половой процесс у сумчатых грибов может идти и иным путем, но всегда заканчивается образованием сумки.

Для базидиальных грибов характерен половой процесс, называемый соматогамия. Он состоит в слиянии двух клеток вегетативного мицелия. Половой продукт — базидия, на которой образуются 4 базидиоспоры, поровну с разными половыми знаками. Базидиоспоры гаплоидны, они дают начало гаплоидному мицелию, который недолговечен. Путем образования анастамозов между нитями мицелия или другим путем происходит слияние гаплоидных мицелиев и образование дикариотического мицелия, на котором происходит образование базидий с базидиоспорами.

У несовершенных грибов, а в некоторых случаях и у других половой процесс заменяется гетерокариозом (разноядерностью) и парасексуальным процессом. В первом случае при наличии в клетках нескольких часто генетически неоднородных ядер происходит переход их, ядер, из одного отрезка мицелия в другой путем образования анастамозов или слияния гиф. Однако слияния ядер при этом не происходит. Появление в клетках отсутствующих ранее ядер является основой адаптивной изменчивости.

Слияние ядер после перехода их в другую клетку называется парасексуальным процессом. Возникшие при этом диплоидные ядра способны размножаться, причем возможна митотическая рекомбинация и за счет этого перестройка генетического материала.

В отличие от вегетативного мицелия, имеющего весьма однообразное строение, типы спороношения у грибов характерно различаются. Часто один и тот же гриб может иметь несколько спороношений: бесполые, которых иногда бывает несколько, и половые. Те и другие чередуются, следуя одно за другим. Наличие нескольких типов спороношений у одного и того же вида гриба называется плеоморфизмом. Если не знать связи между отдельными спороношениями, то каждое из них можно принять за самостоятельный вид гриба. Для определения систематического положения гриба основное значение имеет половое спороношение: у низших грибов — форма полового процесса, число жгутиков подвижной стадии; у высших грибов — характер образования плодовых тел, их форма, строение и т. д.

Систематика грибов

В настоящее время грибы разделяют на следующие основные классы:

Хитридиомицеты (Chytridiomycetes). Мицелия не имеют, или мицелий у них зачаточный, слаборазвитый. Зооспоры и гаметы подвижные, одножгутиковые. Половой процесс изо-, гетеро- и оогамный.

Оомицеты (Oomycetes). Мицелий хорошо развитый, но неклеточный; зооспоры с двумя жгутиками (один гладкий, другой перистый). Половой процесс оогамный, половой продукт — ооспора.

Зигомицеты (Zygomycetes). Мицелий большей частью неклеточный. Спорангиоспоры (редко конидии) неподвижные. Половой процесс — зигогамия.

Сумчатые, или аскомицеты (Ascomycetes). Мицелий большей частью хорошо развитый, часто имеется сумчатая и конидиальная стадии. Половой процесс обычно гаметангиогамия, половой продукт — сумки.

Базидиомицеты (Basidiomycetes). Мицелий развитый, клеточный. Половой процесс — соматогамия, половой продукт — базидия.

Дейтеромицеты, или несовершенные грибы (Deuteromycetes). Мицелий развитый. Бесполое размножение конидиями, половой процесс неизвестен. Изменчивость грибов этого класса создается за счет гетерокариоза и парасексуального процесса.

Кроме указанных классов, имеются небольшие группы грибов с неясным систематическим положением, возводимые некоторыми учеными в ранг класса (например, трихомицеты).

Питание грибов происходит путем всасывания пищи поверхностью мицелия осмотическим путем. Для питания грибов-гетеротрофов необходимо готовое органическое вещество. Грибы, питающиеся мертвым органическим веществом, называют сапрофитами, а использующие для питания живые ткани — паразитами. Грибы, у которых преобладает сапрофитный способ питания, но при известных условиях способные также использовать для питания живые ткани, называют факультативными (необязательными) паразитами. Наоборот, грибы, у которых преобладает паразитный способ питания, но частично и не обязательно питающиеся сапрофитно, называют факультативными сапрофитами. Паразитные грибы часто распространяются в межклетниках высших растений, пуская в клетки особые присоски — гаустории. Эволюция паразитических свойств грибов шла в направлении от сапрофитизма к паразитизму.

Продукты, получаемые из грибов:

Стрептомицеты продуцируют большое количество антибиотиков.

Против микроскопических грибков:

        Нистатин (продуцент S. noursei)

        Амфотерицин В (продуцент S. nodosus)

        Натамицин (продуцент S. natalensis)

Антибактериальные антибиотики:

        Эритромицин (продуцент S. erythreus)

        Неомицин (продуцент S. fradiae)

        Стрептомицин (продуцент S. griseus, исторически первый антибиотик, выделенный из представителя рода Streptomyces)

        Тетрациклин (продуцент S. rimosus)

        Ванкомицин (продуцент S. orientalis)

        Рифамицин (продуцент S. mediterranei, сейчас чаще используется полусинтетический антибиотик рифампицин)

        Левомицетин (хлорамфеникол) (продуцент S. venezuelae)

        Пуромицин (продуцент S. alboniger)

        Линкомицин (продуцент S. lincolnensis)

Противоопухолевые антибиотики:

        Даунорубицин (продуценты S. peucetius и S. coeruleorubidis)

        Доксорубицин (продуценты S. coeruleorubidus и S. peucetius)

        Блеомицин (представляет собой A2-фракцию, изолированную из культуры S. verticillus, содержащую собственно противоопухолевый антибиотик)

Некоторые другие вещества, синтезируемые представителями рода Streptomyces:

        Физостигмин (алкалоид, продуцент S. griseofuscus)

        Такролимус (иммуносупрессивный препарат, относящийся к группе природных макролидов. Продуцируется S. tsukubaensis)

Aspergillius:

Янтарная кислота, лимонная кислота – Aspergillius niger.

Амилазы – грибы рода Aspergillius, видов niger, orizae, usamii awamori, batatae; рода Rhizopus, видов delemar, tonkinensis, niveus, japonicum и др

Соевый соус/соевая паста - Aspergillus oryzae, Aspergillus sojae, Aspergillus tamari .

Пенициллины (Penicillin).

Пенициллины могут вырабатывать многие виды Penicillium, а также некоторые виды Aspergillus. Обычно при производстве антибиотика используют эффективные штаммы P. chrysogenum. В настоящее время  в промышленных условиях получают культуральные жидкости с содержанием пенициллина более 50 тыс. ед./мл. Penicillium notatum

Условия культивирования. В качестве единственного источника углерода среды лучшим соединением для биосинтеза пенициллина признана лактоза, т. к. она утилизируется грибом медленнее, чем, например, глюкоза, в результате чего в период максимального образования антибиотика лактоза еще содержится в среде. Лактозу можно заменить легко усваиваемыми углеводами (глюкозой, сахарозой, галактозой, ксилозой) при условии их непрерывного введения в среду. При непрерывном введении в среду глюкозы (0,032 масс. % / ч) выход пенициллина на кукурузной среде повышается по сравнению с использованием лактозы на 15 %, а на синтетической среде — на 65 %. Некоторые органические соединения (этанол, ненасыщенные жирные кислоты, молочная и лимонная кислоты) усиливают биосинтез пенициллина. Важную роль в процессе биосинтеза играет сера. Продуценты антибиотика в качестве серы хорошо используют сульфаты и тиосульфаты. В качестве источников фосфора P. chrysogenum может использовать как фосфаты, так и фитаты (соли инозитфосфорных кислот).

Большое значение для образования пенициллина имеет аэрация культуры; максимальное его накопление происходит при интенсивности аэрации, близкой к единице. Уменьшение интенсивности аэрации или ее чрезмерное увеличение снижает выход антибиотика. Повышение интенсивности перемешивания также способствует ускорению биосинтеза.

Фумагиллин (Fumagillin)

Фумагиллин (фугиллин, фумидил, фагопедин) относится к группе полиеновых соединений,  в его составе имеются четыре сопряженные двойные связи. Фумагиллин (С26H34O7, Tплав 189–194 °С,  –26,6° (0,25 % в MeOH)) кристаллизуется в виде бесцветных призм из водного метанола, он не растворим в воде, растворим в большинстве органических растворителей, кроме насыщенных углеводородов, образуется культурой Aspergillus fumigatus.

Условия культивирования. При культивировании продуцента на среде, содержащей кукурузный экстракт и крахмал, в условиях аэрации образуется до 100 ед./мл фумагиллина. Антибиотик выделяют из культуральной жидкости экстракцией хлороформом или бутилацетатом с последующей очисткой кристаллизацией из соответствующих растворителей. Разработан способ выделения антибиотика путем осаждения его кислотой с последующей перекристаллизацией из органического растворителя.

Гризеофульвин (Griseofulvin)

Гризеофульвин (7-хлор-2',4,6-триметокси-6'-метил-2'-гризен-3,4' -дион; грицин, гризовин, фульвицин, фульцин, грифульвин) относится к группе кислородсодержащих гетероциклических соединений, имеющих  в качестве заместителя атом хлора. Гризеофульвин {C17H17O6Cl, Tплав 218–219 °С (разл.),  +337 (1 % в ацетоне) [148]} умеренно растворим в хлороформе, бензоле, ацетоне, этилацетате и не растворим в воде. В УФ-спектре гризеофульвина имеются максимумы поглощения при 236, 252, 291 и 324 нм.

Условия культивирования. Антибиотик образуют плесневые грибы из рода Penicillium (P. griseofulvum, P. nigricans, P. raistrichi и др.). Гризеофульвин получают при развитии гриба P. griseofulvum (синоним P. patulum) в глубинных условиях культивирования в среде, содержащей кукурузный экстракт, лактозу, KН2РО4 и KCl. Стимуляция образования антибиотика наблюдается при добавлении к среде тартрата аммония. В некоторых странах для получения гризеофульвина используется P. nigricans, который  в процессе развития не образует весьма токсичного патулина. При биосинтезе гризеофульвин накапливается в мицелии и растворе, откуда выделяется экстракцией растворителем, например CH2Cl2. Экстракт упаривают, остаток экстрагируют горячим бензолом, а затем перекристаллизовывают из этанола.

В данной работе для исследования использовались питательные среды четырех видов: среда Чапека, голодный агар, крахмально – аммичная среда и среда Эшби. Самыми продуктивными из них оказались среда Чапека и крахмально – аммиачная. На среде Чапека колонии всех чашек Петри очень разнообразны по виду, численности, размерам. Колонии Asp. и Pen. тесно сожительствуют. Также присутствуют колонии актиномицет и различных бактерий. Aspergillus растет отдельными колониями, размеры которых в среднем составляют около 20 – 30мм (в диаметре). Колонии правильной округлой формы. Имеют очень «богатую» спороносящую часть. Колонии Penicillium более мелких размеров, чем колонии Aspergillus, имеют неправильную разнообразную форму (овальную, более вытянутую, с выростами). Колонии имеют различную окраску (от бледно-желтой до насыщенной оранжевой). По подсчетам и наблюдениям на данной среде лучше всего росли и размножались грибы образцов почвы «сосновый лес» и взятой вблизи «муравейника», возможно это объясняется тем, что именно в этих образцах присутствует наибольшее процентное содержание макро- и микроэлементов и отсутствие высокого процента физической глины.

На крахмально – аммиачной среде микроорганизмы растут практически одной сплошной колонией в отличие от среды Чапека. В основном это колонии Penicillium, имеющие стерильный мицелий серого цвета, реже белого. У некоторых колоний наблюдается спороносящая часть изумрудного цвета и выделение экссудата в питательную среду розового, бурого и бордового цветов.

Редко встречаются одиночные колонии Aspergillus очень мелких размеров (до 2 – 3 мм в диаметре), имеющие очень «бедную» спороносящую часть, но выделяющие ярко – желтый экссудат в питательную среду. На всех чашках Петри видимых отличий по численности колоний не наблюдается. Исходя из наблюдений можно сделать вывод, что данная среда подходит для культивирования грибов рода Penicillium, а для Aspergillus нет.

На средах: голодный агар и Эшби, в отличие от двух предыдущих, рост колоний грибов практически не наблюдалось. Исходя из этого можно сделать вывод, что данные среды не подходят для культивирования исследуемых микроорганизмов.

Таким образом, в зависимости от типа почвы, географического положения, состава фаз растительности, а также от типа и состава питательной среды, условий культивирования и многих других факторов соответственно изменяется число видов грибов и активность образования ими антибиотиков в почве, в питательных средах.

Возникновение способности антибиотикообразования и роли образуемых антибиотиков в биологии видов – продуцентов – в естественных и искусственно созданных условиях обусловлено многими факторами и биологическими особенностями грибов-продуцентов. С другой стороны, большая пластичность грибов и изменчивость процессов их метаболизма в зависимости от условий культивирования позволяет направленно регулировать биосинтез определенных антибиотиков, которые нередко в природных условиях не образуются.

К мукоровым грибам относится также вид Choanefora (Blakeslea) trispora — активный продуцент (J-каротина, промышленное производство которого, например, освоено в некоторых странах.

Вид Choanefora (Blakeslea) trispora — активный продуцент р-каро-тина, промышленное производство которого, например, освоено в некоторых странах.

Различные дрожжи используют как продуценты каротиноидов (Rhodotorula, Sporobolomyces), жира (Torulopsis, Trichosporon, Rhodo-torula), полисахаридов (Rhodotorula, Lipomyces, Cryptocossus, Candida, Hansenula и др.

Из плесневых грибов (Cephalosparium acremonium 237, Aspergiuus awamori 10-3, Penicillium canescens AMT-85) была выделена а-галактозидаза.

Трутный гриб Inonotus obliquus, обычно встречаемый в природе в стерильной стадии, называемый чагой и появляющийся в виде наростов на стволах березы, используется для получения лекарственного препарата, применяемого при лечении гастритов, язвы желудка и некоторых других заболеваний.