Пеницилл – представитель семейства Трихокомовые. Это плесневой вид грибов. Пеницилл является источником первого антибиотика пенициллина, который изобрел Александр Флеминг.

Латинское название гриба – Penicillium.

Чаще всего этот гриб можно заметить в виде голубого или зеленого налета на различных субстанциях, к примеру, на растительных. Гриб пеницилл внешне схож с аспергиллом, который тоже является плесневым грибом.

Вегетативный мицелий прозрачный, ветвящийся, состоящий из большого количества клеток. Грибница у пеницилла многоклеточная. Гифы могут находиться на поверхности субстрата или быть погруженными в него.

От гиф отходят приподнимающиеся конидиеносцы. Данные образования образуют кисточки, а на них формируются одноклеточные цепочки спор – конидии. Кисточки бывают различных видов: несимметричные, одноярусные, двухъярусные и трехъярусные. У определенных видов пеницилла из конидий формируются пучки, которые называются коремии. Размножаются эти грибы при помощи спор.

Места образования пеницилла.

Среда обитания пеницилла – почва. Эти грибы принимают участие в разложении тканей не только растительных, но и животных организмов. Этот плесневой гриб развивается на продуктах питания. В результате его жизнедеятельности продукты портятся.

Открытие пеницилла.

Военный врач по имени Эрнест Дюшен в 1897 году в Лионе заметил, как арабские конюхи используют плесень с сырых седел, обрабатывая ею раны на спинах лошадей, которые они получают в результате трения.

Дюшен исследовал эту плесень и провел испытания на морских свинках, в ходе которых выяснил, что она активна против бактерии Escherichia coli. Так впервые было проведено клиническое испытание вещества, которое в дальнейшем получило известность во всем мире под названием пенициллин.

Доктор свои исследования изложил в докторской диссертации и собирался продолжить работу в этом направлении, но парижский Институт Пастера не подтвердил получение документа, видимо из-за юного возраста Дюшена, которому было всего 23 года. Заслуженная слава постигла открывателя только после его смерти. Это произошло в 1949 году, спустя 4 года, как Александр Флеминг получил Нобелевскую премию за открытие антибиотического эффекта пеницилла.

Как произошел термин.

Термин «пеницилл» в 1929 году придумал Флеминг. Ученый заметил антибактериальные свойства плесени, которой он дал название — Penicillium rubrum. Но оказалось, что данное определение неверное. Спустя много лет Чарльз Том провел корректировку его исследований и назвал гриб правильно — Penicillum notatum. Изначально данную плесень называли Penicillium, потому что ее спороносные лапки под микроскопом имели вид крошечных кисточек.

Применение пеницилла.

Для людей эти грибы, несомненно, полезны, так как они вырабатывают ферменты и антибиотики. Их применяют в фармацевтике и пищевой промышленности. Препарат пенициллин изготавливают в несколько этапов. Вначале размножают на питательных средах культуру гриба, добавляя кукурузный экстракт. Затем происходит выращивание пенициллина в особенных культуральных жидкостях. После этого его обрабатывают органическими растворителями и получают конечный продукт – калиевую или натриевую соль пенициллина.

А плесневые грибы Penicillium Roquefort и Penicillium camemberti широко используются в сыроварении. С их помощью производят «мраморные сыры», например, «Стилтош», «Рокфор», «Горнцгола». Эти сыры имеют рыхлую структуру и характерный запах. Культуру пеницилла применяют на одном из этапов изготовления сыра. К примеру, в процессе варения сыра «Рокфор» применяется штамм гриба Penicillium Roquefort. Этот гриб развивается в твороге. Он хорошо переносит небольшую концентрацию кислорода, он устойчив к содержанию кислот и солей.

Пеницилл выделяет особые ферменты, под действием которых сыры становятся рыхлыми, масляными, приобретают особенный запах и вкус.

Пенициллы и сегодня подвергают разнообразным исследованиям, для возможности в будущем использовать их в различных отраслях хозяйства.

Пенициллы

Род Пенициллиум (Penicillium ) относится к порядку гифомицетов (Hyphomycetales ) из класса несовершенных грибов (Deuteromycota ). Естественное местообитание этих грибов - почва, они часто обнаруживаются на самых разных субстратах, главным образом растительного происхождения.

Еще в XV-XVI вв. в народной медицине при лечении гнойных ран использовалась зеленая плесень. В 1928 г. английский микробиолог Александр Флеминг заметил, что пеницилиум, 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.

Аспергиллы

Аспергиллы, так же как и пенициллы, относятся к классу несовершенных грибов. Естественное их местообитание - верхние горизонты почв, особенно в южных широтах, где их чаще всего обнаруживают на различных субстратах, главным образом растительного происхождения. Большинство представителей этого рода - сапрофиты, но встречаются и условные патогены человека и животных, которые, например, у людей с ослабленным иммунитетом могут вызывать заболевания - аспергиллезы.
Грибы видов A.flavus и A.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.

Таблица 1. Свойства грибов

Гриб-хищник нашли в куске янтаря

Янтарь запечатлел, как древний хищный грибок окольцевал червя-нематоду, возможно, с целью его съесть

Немецкие учёные из берлинского университета Гумбольдта (Humboldt-Universitдt zu Berlin) под руководством Александра Шмидта (Alexander Schmidt) обнаружили в карьере на юго-западе Франции кусок янтаря, в котором сохранился, предположительно, хищный гриб возрастом около 100 миллионов лет и останки нематод.

Находка побила предыдущий рекорд: найденный тогда хищный гриб был лишь 15-20 миллионов лет от роду. Но не только это удивило исследователей. Обычно хищные грибы проживают в почве, и у них весьма невелик шанс быть "замороженными" в янтаре (являющемся изначально древесной смолой). Теперь учёные надеются, что данный экземпляр хоть немного прояснит, как эволюционировали эти странные существа.

Современные хищные грибы часто ловят в свои липкие "сети" и кольца (срабатывающие подобно лассо) очень маленьких червей нематод, которые питаются на их поверхности. Когда червь умирает, ткани гриба прорастают в него и переваривают.

Пока учёным неизвестно, как хищные грибы изменялись в течение всей своей истории, а изучить это практически невозможно. У грибов отсутствуют скелет или раковина, поэтому, когда они отмирают, ничего не остаётся. Именно поэтому для исследователей так важна эта находка.

Так как найденный гриб обладает такими же, как и современные представители, петлями (около 10 микрометров в диаметре), то биологи делают вывод, что подобное пищевое поведение было свойственно ещё древним представителям хищных грибов.

Хищные грибы к вашим услугам

Вам когда-либо попадался в лесу зубастый подберезовик? А вооруженного острыми когтями масленка не видали?

Нет? Тогда все правильно. Лесные грибы - народ мирный. Даже пользующийся недоброй славой красавец мухомор ни на кого нападать не собирается. Стоит себе на лесной полянке, зверей поджидает. Говорят, лоси его очень любят. А страшная бледная поганка сама перепугана до смерти, от людей старается подальше держаться, в лесной чаще таится. И не вина ее, а беда, что на шампиньон слегка похожа.

И все-таки они существуют, эти странные хищные грибы, столь непохожие на знакомые всем дары леса.

Сначала на экране появился изящный червячок. Многократно увеличенный съемкой, он вольно плавал в растворе, изгибался, охотно позируя. Но вот в углу кадра возникли какие-то странные нити. Они медленно, но верно ползли к червячку. От нитей отходили отростки, превращались в крючки и петли. Вот уже вокруг червячка выросла целая сеть. Он еще пытается освободиться, отчаянно бьется, но кольца и петли сжимаются все туже. Конец.

Так, почти фильмом ужасов начала свой доклад о хищных грибах на Всесоюзной конференции «Пути совершенствования мик-робиологической борьбы с вредными насекомыми и болезнями растений» доктор био-логических наук Нисса Ашрафовна Мехтиева.

УКСУСНАЯ УГРИЦА И ДРУГИЕ

Героиня фильма, уксусная угрица - сущест-во безобидное. Живет себе в забродившем уксусе, никому не мешает. Исследователи любят использовать ее как модельный организм для разных опытов. Для этого доста-точно капнуть немного уксуса в крахмальный клейстер. Но не таковы ее многочисленные братья и сестры по классу нематод, или круглых червей.

Хочу, чтобы меня поняли правильно. Вовсе не собираюсь бросить тень на весь этот класс, по числу особей самый многочисленный в царстве животных и уступающий лишь классу насекомых по числу видов. Многие его представители честно трудятся в отдаленных уголках Земли, подчас в очень не-легких условиях, внося неоценимый вклад в круговорот веществ в природе. Это до-стойные, уважаемые жители воды и суши. Особенно много нематод живет в почве.

Возьмем фитонематод, живущих в тканях растений. Раньше неурожаи картофеля и свеклы после нескольких лет монокультуры приписывали «утомлению почвы». Лишь в нашем веке было открыто, что виноваты нематоды. Ежегодные потери мировой сельскохозяйственной продукции от них око-ло 12 %. В денежном выражении для 20 основных культур это 77 миллиардов долларов. И не подумайте, что такая беда только в раз-вивающихся странах с отсталой агротехни-кой. Так, в США фитонематоды причиняют ежегодный убыток в 5-8 миллиардов дол-ларов. И поэтому сейчас по сравнению с 1967 годом затраты на изучение фитоне-матод возросли в США в восемь раз.

Эти крошечные червячки вредят на полях, в огородах и теплицах. Например, огурцы и помидоры терзают так называемые галло-вые нематоды, образующие вздутия на кор-нях.

ВЕЧНЫЙ БОЙ

Для борьбы с нематодами в теплицах почву пропаривают и вносят ядохимикат - какой-либо нематицид, например дазомет или гетерофос. Для розничной продажи населе-нию у нас разрешен только один немати-цид - тиазон 40 %. Его рекомендуют равно-мерно вносить в почву (тщательно переме-шивая ее при этом на глубину пахотного слоя). При сильном заражении галловыми нематодами приходится менять всю землю в теплице.

Чтобы избавиться от нематод на полях, земледельцы издавна применяют чередование культур. Например, после 5-7 лет моно-культуры картофеля выращивают люпин или другие бобовые. Замечено также, что нематод отпугивают некоторые растения, например редька и бархатцы.

Однако полного оздоровления почвы эти меры не дают.

Больше надежд на селекционеров, на устойчивые сорта. Начиная с шестидесятых годов в разных странах выведено много устойчивых к нематодам сортов картофеля. Увы, нередко их клубни оказываются невкусными не только для нематод, но и для нас. Так получилось, например, с сортом Мета, выведенным Литовским НИИ земледе-лия совместно с Всесоюзным НИИ гельмин-тологии им. К. И. Скрябина. Районированный в Литве, Белоруссии и нескольких областях РСФСР, он не находит сбыта из-за низких вкусовых качеств.

К борьбе с нематодами подключилась и генная инженерия. Прошлым летом две американские фирмы, «Микоген» и «Монсанто», подписали соглашение о введении гена, ответственного за выработку токсина бактерии Bacillus turyngiensis в растения сои, хлопчатника, томатов и картофеля. Этот токсин убивает фитонематод. Полагают, что растения таким образом будут сами себя защищать.

Почему же так трудна борьба с немато-дами?

Дело в том, что за многие века эволюции нематоды выковали очень серьезное оружие - способность образовывать цисты. Циста - это старая самка, набитая личин-ками. Этакий кожаный мешочек. Благодаря своей прочной оболочке, циста спокойно пе-реносит все невзгоды - и пропаривание, и химические обработки почвы. Циста может храниться в земле десятками лет. А придет время - личинки выйдут из нее и примутся за свое. Но вернемся к хищным грибам.

ТРЕТЬЕ ЦАРСТВО

Карл Линней, создатель систематики живого, отнес грибы к царству растений. У него были для этого веские основания. Как и у растений, клетки грибов окружены оболочкой из клет-чатки, и, полагал Линней, грибы, в отличие от животных, неспособны к активному дви-жению.

Однако в наши дни специалисты выделяют грибы в отдельное, отличное от растений и животных третье царство. Число видов в нем огромно. Многие из них по отношению к лю-дям настроены враждебно: вызывают болезни человека. Не милуют они и животных, и ра-стения, портят пищу, древесину, текстиль и другие материалы. Но есть среди грибов такие, кого мы с полным правом можем называть друзьями. Среди них и герои моего рассказа. Английский ученый К. Л. Даддингтон так и озаглавил свою книгу о них: «Хищные грибы - друзья человека».

В науке они фигурируют не так уж давно, с шестидесятых годов прошлого века. Именно тогда известный русский миколог и фитопатолог, специалист по грибам и болезням растений Михаил Степанович Воронин, ис-следуя под микроскопом почвенный гриб Arthro botrys oligospora, тщательно описал и зарисовал никем еще не виданные крючки, петли и кольца, в изобилии образующиеся на нитях и спорах гриба. Увы, их назначение многие годы оставалось загадкой.

Лишь в 80-х годах того же XIX века Вильгельм Цопф, профессор университета в Галле, установил, что странные образования не что иное, как орудия охоты! Ловчие петли, кольца и крючки нужны хищным грибам для того, чтобы охотиться на нематод, превосходящих их силой и размерами.

Плесневые грибы из рода Penicillium относятся к растениям, которые очень широко распространены в природе. Это род грибов класса несовершенных, насчитывающий более 250 видов. Особое значение имеет зеленая кистевидная плесень – пеницилл золотистый, так как используется человеком для производства пенициллина.

Естественной средой обитания пенициллов является почва. Пенициллы часто можно увидеть в виде зеленого или голубого плесневого налета на разнообразных субстратах, в основном, растительных. Гриб пеницилл имеет сходное строение с аспергиллом, также относящимся к плесневым грибам. Вегетативный мицелий пеницилла ветвящийся, прозрачный и состоит из множества клеток. Отличие пеницилла от мукора в том, что его грибница многоклеточная, тогда как у мукора – одноклеточная. Гифы гриба пеницилла либо погружены в субстрат, либо расположены на его поверхности. От гиф отходят прямостоячие или приподнимающиеся конидиеносцы. Эти образования ветвятся в верхнем отделе и формируют кисточки, несущие цепочки одноклеточных окрашенных спор – конидий. Кисточки пенициллов могут быть нескольких видов: одноярусные, двухярусные, трехярусные и несимметричные. У некоторых видов пенициллов конидии образуют пучки – коремии. Размножение пеницилла происходит с помощью спор.

Многие из пенициллов обладают положительными качествами для человека. Они продуцируют ферменты, антибиотики, что обусловливает их широкое применение в фармацевтической и пищевой промышленности. Так, антибактериальный препарат пенициллин получают при использовании Penicillium chrysogenum, Penicillium notatum. Изготовление антибиотика происходит в несколько этапов. Вначале культуру гриба получают на питательных средах с добавлением кукурузного экстракта для лучшей продукции пенициллина. Затем выращивают пенициллин по способу погруженных культур в особых ферментаторах объемом в несколько тысяч литров. После извлечения пенициллина из культуральной жидкости проводится его обработка органическими растворителями и растворами солей до получения конечного продукта – натриевой или калиевой соли пенициллина.

Также плесневые грибы из рода Penicillium широко применяются в сыроварении, в частности, Penicillium camemberti, Penicillium Roquefort. Эти плесени используются в изготовлении «мраморных» сыров, к примеру, «Рокфор», «Горнцгола», «Стилтош». Все перечисленные виды сыров имеют рыхлую структуру, а также характерный вид и запах. Культуры пенициллов применяются на определенном этапе изготовления продукта. Так, при производстве сыра «Рокфор» используется селекционный штамм гриба Penicillium Roquefort, который может развиваться в рыхло спрессованном твороге, так как отлично переносит низкую концентрацию кислорода, а также устойчив к повышенному содержанию солей в кислой среде. Пеницилл выделяет протеолитические и липолитические ферменты, оказывающие воздействие на молочные белки и жиры. Сыр под влиянием плесневых грибов приобретает маслянистость, рыхлость, характерный приятный вкус и запах.

В настоящее время ученые проводят дальнейшие исследовательские работы по изучению продуктов обмена веществ пенициллов, чтобы в будущем их можно было использовать на практике в разных отраслях хозяйства.

Пенициллы по праву занимают первое место по распространению среди гифомицетов. Естественный резервуар их - почва, причем они, будучи в большинстве видов космополитами, в отличие от аспергиллов, приурочены больше к почвам северных широт.

Как и аспергиллы, они наиболее часто обнаруживаются в виде плесневых налетов, состоящих в основном из конидиеносцев с конидиями, на самых разных субстратах, главным образом растительного происхождения.

Представители этого рода были обнаружены одновременно с аспергиллами благодаря их в общем сходной экологии, широкому распространению и морфологическому сходству.

Мицелий пенициллов в общих чертах не отличается от мицелия аспергиллов. Он бесцветный, многоклетный, ветвящийся. Основное различие между этими двумя близкими родами заключается в строении конидиального аппарата. У пенициллов он более разнообразен и представляет собой в верхней части кисточку различной степени сложности (отсюда его синоним «кистевик»). На основе строения кисточки и некоторых других признаков (морфологических и культуральных) в пределах рода установлены секции, подсекции и серии.

Самые простые конидиеносцы у пенициллов несут на верхнем конце только пучок фиалид, образующих цепочки конидий, развивающихся базипетально, как у аспергиллов. Такие конидиеносцы называют одномутовчатыми или моновертициллятными (рис 1 и 2).

Рис. 1. Строение конидиеносцев у аспергилл

Рис. 2. Строение конидиеносцев у пеницилл

Более сложная кисточка состоит из метул, т. е. более или менее длинных клеток, расположенных на вершине конидиеносца, а на каждой из них находится по пучку, или мутовке, фиалид. При этом метулы могут быть или в виде симметричного пучка, или в небольшом количестве и тогда одна из них как бы продолжает основную ось конидиеносца, а другие располагаются на нем не симметрично. В первом случае они называются симметричными (секция Biverticillata-symmetrica), во втором - асимметричными. Асимметричные конидиеносцы могут иметь еще более сложное строение: метулы тогда отходят от так называемых веточек. И наконец, у немногих видов как веточки, так и метулы могут быть расположены не в один «этаж», а в два, три и больше. Тогда кисточка оказывается как бы многоэтажной, или многомутовчатой.

Детали строения конидиеносцев (гладкие они или шиповатые, бесцветные или окрашенные), размеры их частей могут быть различны в разных сериях и у разных видов, так же как форма, строение оболочки и размеры зрелых конидий. Так же как у аспергиллов, у некоторых пенициллов имеется высшее спороношение - сумчатое (половое). Сумки так же развиваются в нлейстотециях, похожих на клейстотеции аспергиллов. Эти плодовые тела были впервые изображены в работе О. Брефельдом.

Интересно, что у пенициллов существует та же закономерность, которая отмечена для аспергиллов, а именно: чем проще строение конидиеносного аппарата (кисточки), тем у большего числа видов мы находим клейстотеции. Таким образом, чаще всего они обнаруживаются в секциях Monoverticillata и Biverticillata-Symmetrica. Чем сложнее кисточка, тем меньше в этой группе встречается видов с клейстотециями. Так, в подсекции Asymmetrica-Fasciculata, характеризующейся особенно мощными конидиеносцами, объединенными в коремии, нет ни одного вида с клейтотециями. Из этого можно заключить, что эволюция пенициллов шла в направлении усложнения конидиеносного аппарата, возрастающей продукции конидий и угасания полового размножения. По этому поводу можно высказать некоторые соображения. Так как у пенициллов, как и у аспергиллов, имеется гетерокариозис и парасексуальный цикл, то эти особенности представляют собой ту базу, на основе которой могут возникать новые формы, приспосабливающиеся к разным экологическим условиям и способные завоевать новые жизненные пространства для особей вида и обеспечивать его процветание. В соединении с тем огромным количеством конидий, которые возникают на сложном конидиеносце (оно измеряется десятками тысяч), в то время как в сумках и в нлейстотециях в целом количество спор несоизмеримо меньше, общая продукция этих новых форм может быть очень велика. Таким образом, наличие парасексуального цикла и эффективного образования конидий, по существу, обеспечивает грибам ту выгоду, которую другим организмам доставляет половой процесс по сравнению с бесполым или вегетативным размножением.

В колониях многих пенициллов, как у аспергиллов, имеются склероции, служащие, по-видимому, для перенесения неблагоприятных условий.

Таким образом, в морфологии, онтогенезе и других особенностях аспергиллов и пенициллов имеется очень много общего, что позволяет предполагать их филогенетическую близость. Некоторые пенициллы из секции Monoverticillata имеют сильно расширенную верхушку конидиеносца, напоминающую вздутие конидиеносца аспергиллов, и, как аспергиллы, встречаются чаще в южных широтах.

Внимание к пенициллам возросло, когда у них впервые была открыта способность образовывать антибиотик пенициллин. Тогда в изучение пенициллов включились ученые самых разнообразных специальностей: бактериологи, фармакологи, медики, химики и т. д. Это вполне понятно, так как открытие пенициллина было одним из выдающихся событий не только в биологии, но и в ряде других областей, особенно в медицине, ветеринарии, фитопатологии, где антибиотики нашли затем самое широкое применение. Именно пенициллин был первым открытым антибиотиком. Широкое признание и применение пенициллина сыграло большую роль в науке, так как ускорило открытие и введение в лечебную практику других антибиотических веществ.

Лечебные свойства плесеней, образуемых колониями пенициллов, были впервые отмечены русскими учеными В. А. Манассеиным и А. Г. Полотебновым еще в 70-х годах 19-го века. Они использовали эти плесени для лечения кожных заболеваний и сифилиса.

В 1928 г. в Англии профессор А. Флеминг обратил внимание на одну из чашек с питательной средой, на которую была посеяна бактерия стафиллококк. Колония бактерии перестала расти под действием попавшей из воздуха и развивавшейся в этой же чашке сине-зеленой плесени. Флеминг выделил гриб в чистую культуру (зто оказался Penicillium notatum) и продемонстрировал его способность продуцировать бактериостатическое вещество, которое он назвал пенициллином. Флеминг рекомендовал использовать это вещество и отметил, что его можно применять в медицине. Однако значение пенициллина стало очевидным в полной мере лишь в 1941 г. Флори, Чейн и другие описали методы получения, очистки пенициллина и итоги первых клинических испытаний этого препарата. После этого была намечена программа дальнейших исследований, включавшая поиски более подходящих сред и способов культивирования грибов и получения более продуктивных штаммов. Можно считать, что именно с работ по повышению продуктивности пенициллов началась история научной селекции микроорганизмов.

Еще в 1942-1943 гг. было установлено, что способностью продуцировать большое количество пенициллина обладают также некоторые штаммы другого вида - P. Chrysogenum.

Penicillium chrysogenum. Фото: Carl Wirth

Конидиеносцев у пеницилл под микроскопом. Фото: AJ Cann

Вначале пенициллин получали, используя штаммы, выделенные из различных природных источников. Это были штаммы P. notaturn и P. chrysogenum. Затем были отобраны изоляты, дававшие более высокий выход пенициллина, сначала в условиях поверхностной, а потом и погруженной культуры в особых чанах-ферментерах. Был получен мутант Q-176, отличающийся еще более высокой продуктивностью, который и использовался для промышленного получения пенициллина. В дальнейшем на основе уже этого штамма были селекционированы еще более активные варианты. Работа по получению активных штаммов ведется непрерывно. Высокопродуктивные штаммы получают преимущественно при помощи сильнодействующих факторов (рентгеновские и ультрафиолетовые лучи, химические мутагены).

Лечебные свойства пенициллина очень разнообразны. Он действует на гноеродные кокки, гонококки, анаэробные бактерии, вызывающие газовую гангрену, в случаях различных абсцессов, карбункулов, раневых инфекций, остеомиелита, менингита, перитонита, эндокардитов и дает возможность спасти жизнь больных, когда другие лечебные препараты (в частности, сульфамидные) бессильны.

В 1946 г. удалось осуществить синтез пенициллина, который был идентичен природному, полученному биологическим путем. Однако современная пенициллиновая промышленность базируется на биосинтезе, так как он дает воз можность массового изготовления дешевого препарата.

Из секции Monoverticillata, представители которой чаще встречаются в более южных районах, наиболее распространен Penicillium frequentans. Он образует на питательной среде широко растущие бархатистые зеленые колонии с красновато-коричневой обратной стороной. Цепочки конидий на одном конидиеносце обычно соединены в длинные колонки, хорошо видимые при малом увеличении микроскопа. P. frequentans продуцирует ферменты пектиназу, используемую для просветления фруктовых соков, и протеиназу. При низкой кислотности среды этот гриб, как и близкий к нему P. spinulosum, образует глюконовую кислоту, а при более высокой кислотности - лимонную.

Пенициллиновая плесень. Фото: Steve Jurvetson

Продуценты пенициллина - P. chrysogenum и P. notatum. Они встречаются в почве и на различных органических субстратах. Макроскопически их колонии сходны. Они имеют зеленую окраску, и для них, как и для всех видов серии P. chrysogenum, характерно выделение на поверхности колонии эксудата желтого цвета и такого же пигмента в среду, оба эти вида вместе с пенициллином часто образуют эргостерол.

Очень большое значение имеют пенициллы из серии P. roqueforti. Они обитают в почве, но преобладают в группе сыров, характеризующихся «мраморностью». Это сыр «Рокфор», родиной которого является Франция; сыр «Горгонцола» из Северной Италии, сыр «Стилтош» из Англии и др. Всем этим сырам свойственны рыхлая структура, специфический вид (прожилки и пятна голубовато-зеленого цвета) и характерный аромат. Дело в том, что соответствующие культуры грибов используются в определенный момент процесса изготовления сыров. P. roqueforti и родственные виды способны расти в рыхло спрессованном твороге потому, что хорошо переносят пониженное содержание кислорода (в смеси газов, образующихся в пустотах сыра, его содержится меньше 5%). Кроме того, они устойчивы к высокой концентрации соли в кислой среде и образуют при этом липолитические и протеолитические ферменты, воздействующие на жировые и белковые компоненты молока. В настоящее время в процессе изготовления указанных сыров применяют селекционированные штаммы грибов.

Из мягких французских сыров -«Камамбер», «Бри» и др. - выделены P. camamberti и Р. саseicolum. Оба эти вида так давно и настолько адаптировались к своему специфическому субстрату, что из других источников почти не выделяются. В заключительной стадии изготовления сыров «Камамбер» или «Бри» творожную массу помещают для созревания в специальную камеру с температурой 13-14 °С и влажностью 55-60%, воздух которой содержит споры соответствующих грибов. В течение недели вся поверхность сыра покрывается пушистым белым налетом плесени толщиной 1-2 мм. Примерно в течение десяти дней плесневый налет приобретает голубоватый или зеленовато-серый цвет в случае развития P. camamberti или остается белым при преимущественном развитии Р. саseicolum. Масса сыра под воздействием ферментов грибов приобретает сочность, маслянистость, специфические вкус и аромат.

P. digitatum и P. Italicum на цитрусовых

P. digitatum выделяет этилен, вызывающий более быстрое созревание здоровых плодов цитрусовых, находящихся поблизости от плодов, пораженных этим грибом.

P. italicum представляет собой сине-зеленую плесень, вызывающую мягкую гниль плодов цитрусовых. Этим грибом чаще поражаются апельсины и грейпфруты, чем лимоны, в то время как P. digitatum развивается с равным успехом на лимонах, апельсинах и грейпфрутах. При интенсивном развитии P. italicum плоды быстро теряют свою форму и покрываются пятнами слизи.

Конидиеносцы P. italicum часто соединяются в коремии, и тогда плесневый налет приобретает зернистость. Оба гриба имеют приятный ароматический запах.

В почве и на различных субстратах (зерне, хлебе, промышленных товарах и т. п.) часто встречается P. expansum.Но особенно известен он как причина быстро развивающейся мягкой коричневой гнили яблок. Потери яблок от этого гриба при хранении составляют иногда 85-90%. Конидиеносцы этого вида также образуют коремии. Массы спор его, присутствующие в воздухе, могут вызывать аллергические заболевания.

Некоторые виды коремиальных пенициллов приносят большой вред цветоводству. Р. согутbiferum выделяется с луковиц тюльпанов в Голландии, гиацинтов и нарциссов в Дании. Установлена также патогенность P. gladioli для луковиц гладиолусов и, по-видимому, для других растений, имеющих луковицы или мясистые корни.

Некоторые пенициллы секции Asymmetrica (P. nigricans) образуют антигрибной антибиотик гризеофульвин, который показал хорошие результаты в борьбе с некоторыми болезнями растений. Его можно использовать для борьбы с грибами, вызывающими заболевания кожи и волосяных луковиц у людей и животных.

По-видимому, наиболее процветающими в природных условиях оказываются представители секции Asymmetrica. Они имеют более широкую экологическую амплитуду, чем другие пенициллы, лучше других переносят пониженную температуру (P. puberulum, например, может образовывать плесневые налеты на мясе в холодильниках) и относительно меньшее содержание кислорода. Многие из них встречаются в почве не только в поверхностных слоях, но и на значительной глубине, особенно коремиальные формы. Для некоторых видов, как, например, для P. chrysogenum, установлены очень широкие температурные границы (от -4 до +33 °С).

Имея широкий набор ферментов, пенициллы заселяют различные субстраты и принимают самое активное участие в аэробном разрушении растительных остатков.

САПРОФИТЫ . Сапрофитные грибы вырабатывают самые разнообразные ферменты. Если гриб способен секретировать пищеварительные ферменты трех основных классов, а именно карбогидразы, липазы и протеазы, он может использовать самые разные субстраты, и его можно назвать поистине вездесущим, например какой-либо из видов Penicillium , который образует зеленую или голубую плесень на таких субстратах, как почва, сырая кожа, хлеб или гниющие фрукты.

Для гиф сапрофитных грибов обычно характерен хемотропизм , т.е. они растут направленно в ту сторону, где находятся вещества, диффундирующие из субстрата.

Грибы-сапрофиты обычно образуют большое количество легких устойчивых спор. Это позволяет им легко распространяться на другие продукты. Примерами таких грибов могут служить Mucor, Penicillium или Agaricus.

Сапрофитные грибы и бактерии образуют вместе группу так называемых редуцентов , без которых немыслимы круговороты элементов в природе. Особенно важны те немногие грибы, которые секретируют целлюлазу - фермент, расщепляющий целлюлозу. Целлюлоза представляет собой важнейший структурный компонент клеточных стенок растений. Гниение древесины и других растительных остатков отчасти достигается и за счет деятельности редуцентов, секретирующих целлюлазу.

Некоторые грибы-сапрофиты имеют важное хозяйственное значение; к числу таких грибов относятся, например, дрожжи Saccharomyces или Penicillium .

Если хозяином служит растение, то гифы гриба проникают через устьица, или прямо сквозь кутикулу и эпидермис, или же через раны. Попав внутрь растения, гифы обычно ветвятся, распространяясь между клетками; иногда они выделяют пектиназы , которые переваривают ткань растения, и таким образом прокладывают себе дорогу через срединную пластинку. Заболевание может быть системным, т.е. захватывать все ткани хозяина, или же может ограничиваться небольшой частью растения.

СИМБИОЗ . Грибы участвуют в создании двух очень важных типов симбиотическоо союза, а именно лишайников и микоризы . Лишайник - это симбиотическая ассоциация гриба и водоросли. Гриб в этом случае обычно либо сумчатый, либо базидиальный, а водоросль - либо зеленая либо сине-зеленая. Лишайники, как правило, поселяются на обнаженных скалах или на стволах деревьев; в сырых лесах они еще и свешиваются с деревьев. Полагают, что водоросль снабжает гриб органическими продуктами фотосинтеза, а гриб поглашает воду и минеральные соли. Кроме того, гриб запасает воду, что позволяет некоторым лишайникам расти в таких сухих условиях, где не могут существовать никакие другие растения.

Тело лишайника невелико и не похоже ни на одного из партнеров, настолько далеко зашел этот союз. Лишайники растут очень медленно и очень чувствительны к загрязнению окружающей среды, особенно к сернистому газу, этому столь распространенному отходу промышленного производства. Поэтому лишайники представляют собой идеальное средство для контроля за загрязнением среды, так как их численность и видовое разнообразие резко возрастают с увеличением расстояния от источника загрязнения.

Микориза - это симбиотическая ассоциация гриба с корнями растений. Вероятно, большинство наземных растений способно вступать в такого рода связь с почвенными грибами. Гриб образует чехол вокруг центральной части корня (эктотрофная микориза) или же проникает в ткани растения-хозяина (эндотрофная микориза). Микориза первого типа встречается главным образом у таких лесных деревьев, как хвойные, бук и дуб, и образуется при участии грибов, относящихся к отделу Basidiomycota . Их "плодовые тела" (то, что мы зовем грибами) обычно можно видеть вблизи деревьев. Гриб получает от дерева углеводы и витамины и в свою очередь расщепляет до аминокислот белки почвенного гумуса; часть аминокислот при этом поглощается и используется деревом. Кроме того, гриб обеспечивает дерево большей поверхностью всасывания, что особенно важно, когда дерево растет на бедной почве с недостатком азота.

Эндотрофная микориза встречается у самых разнообразных растений, но о ее роли в симбиозе известно очень мало.

К началу статьи

| 2 | | | |

Цель занятия:

– освоить технику приготовления простейших микроскопических препаратов и методику их светового микроскопирования;

- ознакомиться с особенностями биологии и морфологии наиболее распространенных плесневых грибов и дрожжей;

- получить дополнительную информацию об использовании грибов в качестве продуцентов современной биотехнологии.

1. Общая характеристика грибов

Грибы – это одна из самых больших и процветающих групп организмов; к ней относится около 80 000 описанных видов. Размеры грибов колеблются от одноклеточных форм (например, дрожжей) до больших, имеющих так называемое плодовое тело, и используемых в пищу. Грибы занимают самые разные экологические ниши, как в воде, так и на суше. Грибы имеют большое значение в связи с той ролью, которую они играют в биосфере, и в связи с тем, что они используются людьми для медицинских и хозяйственных целей.

К грибам относятся бесчисленные плесени, разнообразные дрожжи и многочисленные другие организмы, населяющие нашу планету. Среди грибов известно много возбудителей болезней как животных и человека, так и растений.

Изучением грибов занимается наука микология (от греч.mykes-гриб). Это одно из направлений микробиологии, так как большая часть методик, применяемых при исследовании грибов, практически не отличаются от методик, используемых при изучении бактерий.

Грибы – это эукариоты, утратившие хлорофилл, и являющиеся такими же гетеротрофами, как и животные. Вместе с тем у них имеется жесткая клеточная стенка, и они, как и растения, не способны к передвижению.

В настоящее время грибы выделяют в отдельное царство Fungi . Современная систематика грибов представлена следующим образом:

Две самые большие и наиболее высокоорганизованные группы – это Ascomycota и Basidiomycota.

У представителей царства грибов имеет место как бесполое, так и половое размножение. Однако, последнее встречается только у более высокоорганизованных форм (отдел Ascomycota). Бесполое размножение может осуществляться либо с помощью спор, либо путем почкования клетки (см. далее).

Для большинства грибов характерно наличие мицелия. Такие грибы часто называют плесенями. Более академичное название – мицелиальные грибы . Соответственно те грибы, у которых мицелий отсутствует, называют безмицелиальными .

2. Биология мицелиальных грибов. Их практическая значимость.

2.1. Общие представления о морфологии мицелиальных (плесневых) грибов.

Мицелиальные грибы, как было уже сказано, все имеют так называемое вегетативное тело – мицелий, (или грибницу), состоящую из тонких ветвящихся нитей, называемых гифами. В микологии гифы определяют как нитчатые вегетативные органы. Различают субстратный мицелий (погруженный в субстрат), и необходимый для питания организма, и воздушный (поверхностный), развивающийся на поверхности среды и служащий для размножения. Мицелий бывает септированный (разделенный перегородками) и несептированный . Иногда мицелий грибов образует ризоиды – корешкообразные выросты, при помощи которых крепится к субстрату и получает питательные вещества.

2.2. Общие представления о размножении мицелиальных (плесневых) грибов.

Для плесневых грибов характерно бесполое (вегетативное) размножение . При бесполом размножении вертикально растущие гифы воздушного мицелия дифференцируются в так называемые спорангиеносцы, которые заканчиваются расширением – спорангием (см. строение Mucor). Спорангий делится на части, вокруг каждой из которых впоследствии появляется собственная клеточная стенка. Образовавшиеся структуры называют спорами (см. строение Mucor). Именно из споры и развивается новая вегетативная клетка, то есть осуществляется процесс размножения. Следует отметить, что такая спора и исходная материнская, а также образовавшаяся дочерняя клетка, по набору генов идентичны друг другу.

Иногда споры образуются не в спорангии, а просто на конце спорангиеносца. В этом случае такие споры принято называть конидиями, а вместо термина спорангиеносец используется термин конидиеносец. В любом случае, споры освобождаются и, попадая в благоприятные условия, дают начало новой плесени. Таки образом, споры служат для размножения грибов . Это один из вариантов бесполого размножения. Конидиеносцы бывают иногда разветвленными. Тогда они имеют на конце ветвления верхушечные клетки шиловидной или веретеновидной формы, называемые стеригмами . Часто встречаются многоярусные стеригмы (см. строение Aspergillus).

Однако, образование спор у грибов может происходить и по иному (см. Н.Грин, т.1,с.52, рис.3.8). Образующиеся в этом случае споры принято называть зигоспорами. Такой способ размножения очень близок к половому, однако в строгом смысле этого термина таковым не является. В современной биологии для обозначения подобного явления пользуются термином парасексуальный процесс.

2.3. Краткая характеристика грибов, относящихся к отделу Zygomycota.

Это немногочисленная группа грибов, которую принято считать менее высокоорганизованной, чем два основных отдела Ascomycota и Basidiomycota. Для них характерно бесполое размножение с помощью спор, образующихся внутри спорангиев. Помимо этого имеет место и уже упомянутый выше парасексуальный процесс ( или процесс вегетативной гибридизации) , который никак нельзя отнести к половому размножению, хотя некоторые авторы для упрощения используют термин «половое размножение» (см. Н.Грина, т.1, с.52, рис.3.8.). Мицелий представителей зигомикот несептированный, что считается признаком более низкой организации среди грибов.

2.3.1. Представители рода Mucor (см. Н.Грин, т.1, стр.50, рис.3.5) имеет крупные шаровидные спорангии на одиночных, простых или ветвящихся спорангиеносцах. Спорангиеносцы на концах купалообразно вздуваются, образуя спорангий, который отделяется перегородкой. Снаружи спорангий покрыт тонкими шипами из кристаллов щавелевокислого кальция. В спорангиях в результате дифференцировки клеток спорангиеносца образуются многочисленные споры: округлые и элептические, гладкие, бесцветные, иногда сероватые. Цвет мицелия мукоровых грибов вначале белый, затем серовато-оливковый, общий вид – войлокоподобный. Мукоровые грибы растут на поверхности влажного зерна, солода, корнеплодов, стенках сырых помещений и т.п. Некоторые виды грибов р.Mucor используются для производства органических кислот, ферментных препаратов, каротиноидов, стероидов .

2.3.2. Представители рода Rhizopus (см. Н.Грин, т.1, стр.51, рис.3.7.) отличаются дугообразно согнутыми побегами-столонами. К субстрату столоны прикрепляются тонкими отростками гиф (ризоидами) , над которыми располагаются пучки спорангиеносцев. Спорангии шаровидные или приплюснутые, сначала бесцветные, при созревании черные. Споры угловатые или эллипсовидные, гладкие, иногда с шипами или бороздками.

Грибы этого рода являются патогенными для ряда растений, они поражают ягоды, корнеплоды, клубни, вызывая “мягкую” гниль.

Некоторые виды р. Rhizopus используют в биотехнологии для получения ферментных препаратов.

2.4. Краткая характеристика грибов, относящихся к отделу Ascomycota.

Отдел Ascomycota считается самой многочисленной и сравнительно высокоорганизмованной группой грибов, которая отличается большей сложностью строения, особенно строения репродуктивных органов.

Представители рода Aspergillus (см. Н.Грин, т.1, стр.53, рис.3.8 Б ) имеют хорошо развитый ветвящийся мицелий с многочисленными септами. Однако конидиеносцы несептированы, верхние концы их грушевидно или шаровидно расширены в виде небольшой головки. На головке располагаются как правило несколько ярусов шаровидные или элипсовидные конидии. Головки конидиеносцев и радиально расходящиеся цепочки конидий напоминают струйки воды, выливающиеся из лейки. Отсюда возникло название “леечная плесень” (aspergere по латыни – поливать, опрыскивать). Конидии аспергиллов при созревании приобретают различную окраску: бежевую, темно-коричневую, желтовато-зеленую, зеленую, темно-серую, черную, что определяет наряду с другими признаками их видовую принадлежность. Благодаря огромному количеству конидий вся колония гриба кажется окрашенной в соответствующий цвет.

Среди черных (Asp. niger, Asp. usa mii , Asp . awamori , Asp . foetidus ), коричневых (Asp . terreus , Asp . terricola , Asp . itaconicus , Asp . nidulans ) и желто-зеленых грибов (Asp . oryzae , Asp . flavus , Asp . fumigatus ) выделены активные продуценты амилолитических, протеолитических, пектолитических ферментных препаратов, органических кислот, антибиотиков .

Антибиотик фумагиллин , образуемый культурой Asp. Fumigatus, обладает противоамёбным действием, он также активен в отношении бактериофага стафилококка, практически не действует на бактерии и грибы. Было показано, что фумагиллин обладает широким спектром противоопухолевого действия.

Кроме этого, различные штаммы Asp. niger применяется в качестве продуцента лимонной кислоты , а также β-фруктофуранозидазы - фермента, участвующего в образовании ценнейших фруктоолигосахаридов. На фруктоолигосахариды возлагают надежды как на средства, улучшающие кишечную микрофлору, а также как на вещества, вызывающие снижение в организме человека холестерина и нейтральных липидов.

Следует отметить, что многие из вышеперечисленных грибов известны как возбудители порчи пищевых продуктов.

2.4. Характеристика грибов рода Penicillium. Их использование в качестве продуцентов современной биотехнологии.

Грибы рода Penicillium (см. Н.Грин, т.1, стр.53, рис.3.8. А) также относят к отделу Ascomycota. Представители этого рода имеют разветвленный септированный мицелий. Конидии развиваются на концах приподнятых конидиеносцев , которые разделены поперечными перегородками. В верхней части конидиеносцы разветвлены и образуют характерную кисточку (penicillium по латыни – кисть), напоминающую кисть руки или рисовальную кисточку. На конечных веретенообразных или цилиндрических с конусообразным заостренным стеригмах формируются цепочки конидий. Конидии чаще эллиптической или шаровидной формы, гладкие, шиповатые или слегка морщинистые. Отдельные конидии – бесцветные, но в массе – зеленые, серовато-зеленые, сине-зеленые.

К роду Реnicillium относится большое число видов, которые используются в биотехнологии для получения антибиотика пенициллина (P.chrysogenum). В 1929 году известный английский бактериолог Александ Флеминг опубликовал сообщение о литическом действии «зеленой плесени» на культуру патогенного стафилококка. Он выделил гриб, который оказался уже описанным к тому времени Penicillium notatum . Культуральная жидкость, в которой культивировался этот гриб, содержащая антибактериальное вещество, и была названа Флемингом пенициллином. Попытки Флеминга выделить активное начало такой культуральной жидкости не увенчались успехом. В 1940 году английские ученые Флори и Чейн получили препарат пенициллин в очищенном виде. В 1942 году в блокадном Ленинграде под руководством З.В.Ермольевой во всесоюзном институте экспериментальной медицины был получен первый отечественный пенициллин под названием крустозин, сыгравший огромную роль в спасении жизней советских воинов, раненых на полях сражений второй мировой войны. В результате большого числа работ удалось установить, что пенициллин могут образовывать многие виды Penicillium (Penic. chrisogenum, Penic. brevicompactum, Penic. nigricans, Penic.turbatum и др.), а также некоторые виды Аspergillus (Asp. flavus, Asp. flavipes, Asp. janus, Asp. nidulans и др.).

Однако дальнейшее изучение каждого из видов показало, что именно Penicillium chrysogenum обладает целым рядом преимуществ, одним из которых является его способность расти в жидких и более дешевых средах, давая высокий выход продукта. В связи с этим он наиболее широко используется в промышленности для получения антибиотика и его производных. Кроме того, было установлено, что Penicillium chrysogenum в процессе жизнедеятельности образует различные типы пенициллинов, отличающиеся строением радикала молекулы, что имеет большое практическое значение.

Многочисленные наблюдения показывают, что пенициллин – наиболее ценное и мощное из известных средств для лечения заболеваний, вызываемых кокками и некоторыми анаэробными палочками. Такими заболеваниями являются: сепсис (общая гнойная инфекция), перитонит, пневмония, сифилис.

Грибы рода Penicillium продуцируют еще один важный антибиотик, названный гризеофульвином. Он образуется клетками Penic . nigricans , Penic . raistrichi и др. Гризеофульвин является хорошим средством против стригущего лишая, вызываемого грибом Trichophyton rubrum. Он проявляет положительное действие при лечении ряда кожных заболеваний и болезней ногтей. Гризеофульвин – эффективный препарат для борьбы с мучнистой росой клубники, огурцов, с возбудителями увядания цитрусовых; он проявляет биологическое действие против возбудителя килы капусты.

Близкий по химическому строению пенициллину антибиотик цефалоспорин образуется грибами, относящимися к другому роду плесневых грибов – роду Cefalosporium (биологию этих грибов разбирать мы не будем). Цефалоспорин подавляет развитие как грамположительных, так и грамотрицательных бактерий, но антибиотическая активность его гораздо ниже, чем у пенициллинов.

2.5. Краткая характеристика других родов плесневых грибов. Их практическая значимость.

Род Botrytis развивается в виде стелющегося серооливкового многолеточного мицелия, пронизывающего субстрат. Конидиеносцы септированные, бесцветные, дымчатые или бурые, древовидно разветвленные, реже – простые, на концах слегка вздутые. На конидиеносцах образуются короткие, густо сидящие зубчиковидные стеригмы с гроздями или головками конидий. Botrutis cinerea (botrutis – по гречески гроздь, cinerea – серая, как зола) вызывает гниль сахарной свеклы, винограда, плодов, ягод и других культурных растений, продуцируют целлюлозолитические, пектолитические и другие ферменты.

Род Trichoderma растет в виде рыхлых колоний с клочковатой или войлокоподобной поверхностью. Мицелий ползучий, быстрорастущий, бесцветный, с возрастом становится темно-зеленым. При микроскопировании видны ветвящиеся конидиеносцы, приподнимающиеся над мицелием. На их концах развиваются бутыльчатой формы стеригмы с собранными в округлые головки одноклеточными бесцветными, в массе – зеленоватыми шаровидными или яйцевидными конидиями, склеенными слизью. Trichoderma koningi, Trichoderma viride продуцируют целлюлозолитические ферменты .

Род Trichothecium имеет стелющийся мицелий, на поверхности субстрата образует мучнистый налет, состоящий из конидиеносцев и конидий. Trichothecium roseum продуцирует целлюлозолитические ферменты, а также антибиотик трихотецин , который способен подавлять развитие некоторых фитопатогенных грибов и грибов, вызывающих дерматомикозы у животных.

Род Alternaria характеризуется своеобразными многоклеточными с поперечными и продольными перегородками, темноокрашенными грушевидными или заостренно-вытянутыми конидиями, одиночными или соединенными в цепочки, сидящими на слабо развитых конидиеносцах. Колонии вначале светлые, пушистые, затем зеленовато-серые или оливково-черные, бархатистые, ворсистые. Выделяемый пигмент диффундирует в среду, окрашивая ее в черный цвет.

Разные виды Alternaria широко распространены в почве, вызывают у сельскохозяйственных растений альтернариоз (черную гниль).

Род Cladosporium – мицелий и конидии окрашены в темнооливковый цвет, грибница погружена в субстрат или стелется на поверхности. Конидиеносцы прямостоящие, слаборазвитые, на них развиваются быстро опадающие цепочки конидий разнообразной формы и размеров, в начале бесцветные, затем оливковые или светло-бурые. Плесень выделяет в среду темный пигмент. На пищевых продуктах образует бархатистые темно-оливковые (почти черные) пятна.

Род Endomyces образует сильно разветвленный, септированный, белый, мучнистоподобный мицелий. Гифы легко распадаются на прямоугольные или овальные оидии, напоминающие дрожжи. Endomyces lactis развивается в виде бархатистого белого налета (пятен) на поверхности хранящихся кисломолочных продуктов, сливочного масла, сыров, квашеных овощей, прессованных дрожжей, на стенках оборудования и сырых помещений.

Род Phoma растет в виде серо-дымчатого воздушного мицелия. Конидиеносцы простые, не разветвленные и малозаметные. Конидии одноклеточные, овальные или яйцевидные. Phoma betae – активный возбудитель гнили сахарной свеклы.

Род Catenularia – мицелий септированный, на воздушных гифах образуются длинные цепочки коричневых конидий. Catenularia fuliginea вызывает порчу сгущенного молока с сахаром.

3. Биология грибов, не имеющих мицелия (безмицелиальных грибов).

К отделу Ascomyco t a относится также большая группа грибов, утративших мицелий. Эту группу принято называть истинными дрожжами. Кроме этого, в микологии выделяют еще одну особую группу, называемую несовершенными дрожжами и относящуюся к отделу Fungi imperfect i (см. Н.Грин, т.1, с.44).

Дрожжи играют огромную роль в микробиологических производствах, являясь продуцентами этилового спирта, витаминов группы В и провитамина D, фермента кислой протеазы, кормового и пищевого белка, аминокислоты триптофана. В последние годы из дрожжей получают препараты с противоопухолевым действием .

Не вдаваясь в особенности классификации дрожжей, которая очень сложна и запутана, мы остановимся на рассмотрении только тех групп, которые имеют значение в производственных процессах, включая биотехнологию.

3.1. Общая характеристика дрожжей. Их практическая значимость.

Группу истинных дрожжей, насчитывающую свыше 3000 видов, по способу размножения разделяют на три семейства. Мы в нашем курсе рассмотрим представителей только одного семейства (сем. Saccharomycetaceae), а также кратко обсудим использование в биотехнологии дрожжей семейства Schizoasaccharomycetaceae.

К несовершенным дрожжам Fungi imperfect i также относится большое количество родов и видов. Из них мы кратко остановимся только на представителях рода Candida.

Форма вегетативных клеток дрожжей разнообразна: округлая, овальная, яйцевидная (р. Saccharomyces), цилиндрическая (р. Schizosaccaharomyces), лимоновидная (р. Saccharomucodes). Несовершенные дрожжи имеют более характерную форму, отличающую их от других видов: стреловидную, треугольную, серповидную, колбовидную. В среднем диаметр клеток дрожжей, применяемых в пищевой промышленности, колеблется от 3 до 5 мкм и длина от 6 до 10 мкм. При световом микроскопировании в клетке дрожжей хорошо видно ядро.

Для дрожжей типичным способом размножения является почкование, хотя у истинных дрожжей, по мнению ряда авторов, имеет место и половой процесс. Почкование рассматривается как способ не только размножения, но и роста дрожжей. Процесс почкования начинается с выпячивания клеточной стенки, в которое постепенно выходит часть цитоплазмы материнской клетки. Образующаяся таким образом дочерняя клетка постепенно дорастает до размера материнской, после чего происходит их отделение друг от друга.

Некоторые обычно почкующиеся грибы могут расти и в виде гиф. В этом случае происходит рост клеток в длину (подобие гифы) с одновременным почкованием. В результате этого получаются структуры, получившие название псевдомицелия. Псевдомицелий имеет место у некоторых несовершенных дрожжей, в частности у представителей рода Candida.

Источником углерода для дрожжей является глюкоза. Поскольку у дрожжей отсутствуют экзоферменты (экзоамилазы), способные расщеплять крахмал, дрожжи нуждаются в обязательном наличии названного моносахарида в окружающей среде.

Дрожжи могут существовать как в аэробных, так и в анаэробных условиях. При отсутствии кислорода в их клетках происходит процесс превращения молекулы глюкозы в две молекулы этилового спирта. Такой процесс принято называть спиртовым брожением. Спиртовое брожение сопровождается выделением большого количества углекислого газа, что и лежит в основе использования дрожжей для производства хлеба. Наличие такого типа брожения позволяет использовать дрожжи в производстве спирта и алкогольных напитков, включая водку, вина и пиво. В присутствие же кислорода дрожжи переходят на более совершенный в энергетическом отношении процесс окисления глюкозы с участием ферментов так называемой дыхательной цепи. При этом они интенсивно растут и делятся, но этанол при этом не образуется. В качестве запасного вещества дрожжи, как и животные, накапливают гликоген , который легко обнаружить, поместив дрожжевые клетки на некоторое время в раствор Люголя.

Дрожжи рода Candida (р.Candida) уникальны тем, что при отсутствии глюкозы, они могут переходить на утилизацию углеводородов (н-алканов). Эта биохимическая особенность позволила использовать эти микроорганизмы для утилизации нефтяных загрязнений. Кроме того, поскольку дрожжи р.Candida являются продуцентами аминокислот и полноценных белков, их выращивают на питательных средах, содержащих углеводороды, являющиеся отходами нефтеперерабатывающей промышленности. Таким образом можно получать ценные продукты (кормовые добавки) на дешевом сырье, одновременно осуществляя утилизацию вредных отходов. Следует отметить, что среди представителей р.Candida имеются патогенные виды, вызывающие ряд кожных заболеваний (микозов), называемых кандидозами.

Среди дрожжей-сахаромицетов, относящихся к роду Saccharomyces (сем. Saccharomycetaceae ) наибольшее практическое значение имеет вид дрожжей Saccharomyces cervisiae , используемый в спиртовом, хлебопекарном, дрожжевом производствах, а также вид Saccharomyces vini , применяемый в виноделии, и вид Saccharomyces carlsbergensis – в пивоварении. Родовое название Saccharomyces принято сокращать до Sacch. В настоящее время в пределах названных видов получено большое количество штаммов, обладающих рядом особенностей. Например, получены штаммы, устойчивые к заражению вирусами, штаммы способные к слипанию в конце процесса (флоккулирующие штаммы), штаммы, уничтожающие виды диких дрожжей, которые загрязняют производственный процесс, и т.п.

Род Schizosaccaharom y ces (сем. Schizoasaccharomycetaceae ) объединяет виды дрожжей палочковидной формы. Они размножаются бинарным делением. Дрожжи этого рода активно сбраживают в спирт не только глюкозу, но и галактозу, маннозу, сахарозу, мальтозу, различные декстрины. При этом они размножаются при повышенной температуре (около 36С). Эти свойства используются в производстве спирта на гидролизных заводах. В принципе с помощью этих дрожжей можно получать этанол, утилизируя отходы сельского хозяйства, а также некондиционный крахмал и ряд отходов сахарного производства.