Penicillium chrysogenum: qué es, características, morfología, hábitat
¿Qué es el Penicillium chrysogenum?
Penicillium chrysogenum es la especie de hongo que se utiliza más frecuentemente en la producción de penicilina. La especie está dentro del género Penicillium, de la familia Aspergilliaceae de los Ascomycota.
Se caracteriza por ser un hongo filamentoso, con hifas septadas. Cuando es cultivado en laboratorio, sus colonias son de crecimiento rápido. Tienen apariencia aterciopelada y algodonosa y coloración verde azulada.
Características del Penicillium chrysogenum
– Es una especie saprófita, capaz de descomponer materia orgánica para producir compuestos de carbono simples que utiliza en su alimentación.
– La especie es ubicua (se puede encontrar en cualquier parte) y es común encontrarla en espacios cerrados, el suelo o asociada a plantas. También crece sobre el pan y sus esporas son comunes en el polvo.
– Las esporas de P. chrysogenum pueden generar alergias respiratorias y reacciones cutáneas. Además puede producir diversos tipos de toxinas que afectan a los seres humanos.
– Es la especie más comúnmente utilizada para la producción de penicilina (aunque hay otras capaces de producirla). Este antibiótico fue descubierto por Alexander Fleming en 1928, aunque la identificó en principio como P. rubrum. Su uso preferente en la industria farmacéutica se debe a su alta producción del antibiótico.
– Se reproducen asexualmente mediante conidias (esporas asexuales) que se producen en los conidióforos. Estos son erectos y con paredes delgadas, con pocas fiálides (células productoras de las conidias).
– La reproducción sexual ocurre a través de ascosporas (esporas sexuales). Estas se producen en ascos (cuerpos fructíferos) de paredes gruesas. Estos son de tipo cleistotecio (de forma redondeada) y presentan sus paredes esclerotizadas.
– Producen metabolitos secundarios (compuestos orgánicos que producen los seres vivos y que no intervienen directamente en su metabolismo). En el caso de los hongos, estos compuestos ayudan a su identificación.
– Produce roquefortina C, meleagrina y penicilina. Esta combinación de compuestos facilita su identificación en laboratorio. Además, el hongo produce otros metabolitos secundarios coloreados. Las xantoxilinas son las causantes del color amarillo del exudado típico de la especie.
– Puede producir aflatoxinas, que son micotoxinas dañinas para el ser humano. Estas toxinas atacan el sistema hepático y pueden derivar en cirrosis y cáncer de hígado. Las esporas del hongo contaminan diversos alimentos que al ser ingeridos, pueden provocar esta patología.
Filogenia y taxonomía
P. chrysogenum fue descrito por primera vez por Charles Thom en 1910. La especie tiene una sinonimia (distintos nombres para la misma especie) extensa.
P. chrysogenum está circunscrito a la sección Chrysogena del género Penicillium. Este género se ubica en la familia Aspergilliaceae del orden Eurotiales de los Ascomycota.
La sección Chrysogena se caracteriza por presentar conidióforos terverticilados y cuatro-verticilados. Las fiálides son pequeñas y las colonias generalmente aterciopeladas. Las especies de este grupo son tolerantes a la salinidad y casi todas producen penicilina.
Se han señalado 13 especies para la sección, siendo P. chrysogenum la especie tipo. Esta sección es un grupo monofilético y hermano de la sección Roquefortorum.
Morfología
– Este hongo presenta micelios filamentosos. Las hifas son septadas, lo que es característico de los Ascomycota.
– Los conidióforos son terverticilados (con ramificaciones abundantes), delgados y de paredes lisas, midiendo de 250-500 µm.
– Las métulas (ramificaciones del conidióforo) tienen paredes lisas y las fiálides son ampuliformes (con forma de botella), y muchas veces con las paredes gruesas.
– Las conidias son subglobosas hasta elípticas, de 2,5-3,5 µm de diámetro y paredes lisas cuando se observan con el microscopio óptico. En el microscopio electrónico de barrido las paredes son tuberculadas.
Hábitat
P. chrysogenum es cosmopolita. La especie se ha encontrado creciendo en aguas marinas, así como en el suelo de bosques naturales en zonas templadas o tropicales.
Es una especie mesófila que puede crecer entre los 5-37°C, con su óptimo a los 23°C. Además, es xerófila, por lo que puede desarrollarse en ambientes secos. Por otra parte, tolera la salinidad.
Debido a la capacidad de crecer en diversas condiciones ambientales, es común encontrarla en espacios interiores. Ha sido encontrada en sistemas de climatización, refrigeradores y sanitarios, entre otros.
Es un hongo frecuente como patógeno de frutales como melocotones, higos, cítricos y guayabas. Igualmente, puede contaminar cereales y carne. También crece sobre alimentos procesados, como panes y galletas.
Reproducción
En P. chrysogenum hay predominio de la reproducción asexual. En más de 100 años del estudio del hongo, hasta 2013 no fue comprobada la reproducción sexual en la especie.
Reproducción asexual
Esta ocurre mediante la producción de conidias en los conidióforos. La formación de las conidias está asociada a la diferenciación de unas células reproductivas especializadas (fiálides).
La producción de las conidias se inicia cuando una hifa vegetativa detiene su crecimiento y se forma un septo. Luego, esta zona comienza a hincharse y se forman una serie de ramas.
La célula apical de las ramas se diferencia en la fiálide que comienza a dividirse por mitosis para dar origen a las conidias.
Las conidias son principalmente dispersadas por el viento. Cuando las conidiosporas llegan a un medio favorable, germinan y dan origen al cuerpo vegetativo del hongo.
Reproducción sexual
El estudio de la fase sexual en P. chrysogenum no fue sencillo, debido a que los medios de cultivos usados en laboratorio no promueven el desarrollo de las estructuras sexuales.
En 2013 la micóloga alemana Julia Böhm y colaboradores, lograron estimular la reproducción sexual en la especie.
Para ello, colocaron dos razas distintas en agar combinado con harina de avena. Las cápsulas se sometieron a oscuridad a una temperatura entre 15°C a 27°C.
Tras un tiempo de incubación, entre cinco semanas hasta tres meses, se observó la formación de cleistocecios (ascos redondeados cerrados). Estas estructuras se formaron en la zona de contacto entre las dos razas.
Este experimento demostró que en P. chrysogenum la reproducción sexual es heterotálica. Es necesaria la producción de un ascogonio (estructura femenina) y un anteridio (estructura masculina) de dos razas distintas.
Tras la formación del ascogonio y el anteridio, se fusionan los citoplasmas (plasmogamia) y luego los núcleos (cariogamia).
Esta célula entra en meiosis y da origen a las ascosporas (esporas sexuales).
Medios de cultivo
Las colonias en los medios de cultivo crecen muy rápidamente. Son de aspecto aterciopelado hasta algodonoso, con los micelios blancos en los márgenes. Las colonias son de color verde azulado y producen un exudado abundante de color amarillo brillante.
Se presentan aromas afrutados en las colonias, semejantes a la piña. Sin embargo, en algunas razas el olor no es muy marcado.
Penicilina
La penicilina es el primer antibiótico que se ha utilizado con éxito en la medicina. Esta fue descubierta de forma casual por el micólogo sueco Alexander Fleming en 1928.
El investigador realizaba un experimento con bacterias del género Staphylococcus y el medio de cultivo fue contaminado con el hongo. Fleming observó que en el sitio donde se desarrolló el hongo, la bacteria no crecía.
Las penicilinas son antibióticos betalactámicos, y las de origen natural se clasifican en varios tipos según su composición química. Estas actúan principalmente sobre bacterias grampositivas atacando su pared celular, compuesta principalmente de peptidoglucano.
Hay varias especies de Penicillium capaces de producir penicilina, pero P. chrysogenum es la que tiene mayor productividad. La primera penicilina comercial se produjo en 1941 y ya en 1943 logró producirse a gran escala.
Las penicilinas naturales no son efectivas contra algunas bacterias que producen la enzima penicilasa. Esta enzima tiene la capacidad de destruir la estructura química de la penicilina y la inactiva.
Sin embargo, se ha logrado producir penicilinas semi-sintéticas cambiando la composición del caldo donde se cultiva el Penicillium. Tienen la ventaja de que son penicilasa resistentes, por tanto, más efectivas contra algunos patógenos.
Referencias
- Houbraken y RA Samson. Phylogeny of Penicillium and the segregation of Trichocomaceae into three families. Studies in Mycology.
- Ledermann W. La historia de la penicilina y de su fabricación en Chile. Rev. Chil. Infect.
- Roncal, T y U Ugalde. Conidiation induction in Penicillium. Research in Microbiology.