Микробиология

     Вопрос 44. Краткая характеристика и использование в биотехнологическом производстве грибов – представителей родов Penicillium и Aspergillus. Изобразить строение этих микроорганизмов на рисунке, обозначив главные детали строения. 

     Грибы родов Penicillium и Aspergillus являются представителями класса Ascomycetes, самой обширной группой грибов с разветвленным многоклеточным мицелием. Этим грибам свойственно бесполое размножение при помощи конидий и поэтому формально относятся к несовершенным грибам – дейтеромицетам.

     Грибы родов  Penicillium и Aspergillus образуют колонии разных оттенков голубого, зеленого и других цветов. Многие плесени из родов Penicillium и Aspergillus растут на едва увлажненных субстратах. Осмотическое давление в их клетках достигает 2·10⁵–2,5·10⁵Па. Поэтому они относятся к группе осмофильных, т.е. «любящих» высокое осмотическое давление, микроорганизмам.

Рис. 1. Пенициллиум (А) и аспергиллус (Б): 1 –  конидиеносец; 2 – цепочки конидий

     По  формам Penicillium и Aspergillus легко отличить друг от друга (рис 1). У Penicillium конидиеносец многоклеточный, ветвящийся, цепочки конидия образуют фигуру в виде кисти, за что этот род получил название «гриб-кистевик». У Aspergillus конидиеносцы неклеточные, расширенные в верхней части, а цепочки конидий ассоциируются со струями воды, льющимися из лейки, почему его называют «леечный гриб».

     Грибы рода Aspergillus предпочитают южные почвы, в то время как грибы рода Penicillium – северные.

     Грибы родов Penicillium и Aspergillus принимают участие в разложении жира и жирных кислот. Также участвуют в окислении углеводов до глюконата, оксалата и цитрата. Обладают гемицеллюлозоразлагающими свойствами. Являются активными окислителями восстановленных неорганических соединений серы. Грибы рода Penicillium вырабатывают фитотаксин – патулин.

     Грибы родов Penicillium и Aspergillus могут вызвать отравление животных кормами. Работа с ними также опасна, так как споры грибов, содержащие токсичные вещества, попадают в полость рта, дыхательные пути и служат причиной остро протекающих заболеваний человека.

      В XV–XVI вв. в народной медицине при лечении гнойных ран использовалась зеленая плесень рода Penicillium (Пенициллиум). В 1928 г. английский микробиолог Александр Флеминг заметил, что пенициллиум, случайно попавший в культуру стафилококка, полностью подавил рост бактерий. Эти наблюдения Флеминга легли в основу учения об антибиозе (антагонизме между отдельными видами микроорганизмов). В развитии исследований микробного антагонизма значительную роль сыграли Л.Пастер, И.И. Мечников.

      Противомикробное  действие зеленой плесени обусловлено особым веществом – пенициллином, выделяемым этим грибом в окружающую среду. В 1940 г. пенициллин был получен в чистом виде английскими исследователями Г.Флори и Э.Чейном, а в 1942 г., независимо от них, советскими учеными З.В. Ермольевой и Т.И. Балезиной. Во время второй мировой войны пенициллин спас жизни сотен тысяч раненых. Спрос на пенициллин был так велик, что его производство увеличилось с нескольких миллионов единиц в 1942 г. до 700 млрд единиц в 1945 г.

      Пенициллин  применяют при пневмонии, сепсисе, гнойничковых заболеваниях кожи, ангине, скарлатине, дифтерии, ревматизме, сифилисе, гонорее и других заболеваниях, вызванных грамположительными бактериями.

      Открытие  пенициллина положило начало поиску новых антибиотиков и источников их получения. С открытием антибиотиков появилась возможность успешного лечения почти всех инфекционных заболеваний, вызываемых микробами.

      Но  зеленые плесени успешно применяются  не только в медицине. Большое значение имеют пенициллы вида P.roqueforti. В природе они обитают в почве. Мы хорошо знакомы с ними по группе сыров, характеризующихся «мраморностью»: «Рокфор», родиной которого является Франция, сыр «Горгонцола» из Северной Италии, сыр «Стилон» из Англии и др. Всем этим сырам свойственны рыхлая структура, специфический «плесневелый» вид (прожилки и пятна голубовато-зеленого цвета) и характерный аромат. P.roqueforti нуждается в малом количестве кислорода, выносит высокие концентрации углекислого газа.

      При приготовлении мягких французских  сыров «Камамбер», «Бри» и некоторых других используются P.camamberti и P.caseicolum, которые образуют на поверхности сыра характерный белый «войлочный» налет. под воздействием ферментов этих грибов сыр приобретает сочность, маслянистость, специфические вкус и аромат.

      Грибы видов Aspergillus flavus и Aspergillus oryzae – главные компоненты сообщества плесневых грибов, развивающихся на зерне и семенах, главным образом на  рисе,  горохе,  соевых  бобах,  арахисе.  Они продуцируют ферменты:  амилазы,  липазы,  протеиназы,  пектиназы,  целлюлазы  и  др. Именно поэтому A.oryzae и родственные ему виды используются на Востоке для пищевых целей в течение многих  столетий.  Спиртовая промышленность  Японии  и других  стран Востока,  в которых для изготовления рисовой водки сакэ требуется сначала осахарить крахмал риса, целиком основана на ферментативных свойствах грибов этой группы. Традиционный соевый соус «сэю», соево-рисовый соус «тыонг» (Вьетнам), суповая заправка на основе соевых бобов «мисо»  (Япония,  Китай,  Филиппины)  и  другие  продукты   питания изготавливают с использованием аспергиллов. 
          Широкое применение в биотехнологии получила способность A.niger и других видов этой группы к образованию лимонной, щавелевой, глюконовой, фумаровой кислот. Кроме органических кислот аспергиллы, и в частности A.niger, cпocoбны cинтeзиpoвaть витамины: биотин, тиамин, рибофлавин и др. Это их свойство находит промышленное применение.