5.3: Fungi

Malengo ya kujifunza

• Eleza kwa nini utafiti wa fungi kama vile chachu na molds ni ndani ya nidhamu ya microbiolojia
• Eleza sifa za kipekee za fungi
• Eleza mifano ya uzazi wa kijinsia na ngono wa fungi
• Kulinganisha makundi makubwa ya fungi katika sura hii, na kutoa mifano ya kila
• Kutambua mifano ya sababu za msingi za maambukizi kutokana na yeasts na molds
• Tambua mifano ya fungi zinazozalisha sumu
• Kuainisha viumbe vya vimelea kulingana na makundi makubwa

Fungi hujumuisha kundi tofauti la viumbe ambavyo ni heterotrophic na kwa kawaida saprozoic. Mbali na fungi inayojulikana ya macroscopic (kama vile uyoga na molds), chachu nyingi za unicellular na spores ya fungi macroscopic ni microscopic. Kwa sababu hii, fungi hujumuishwa ndani ya uwanja wa microbiolojia.

Fungi ni muhimu kwa wanadamu kwa njia mbalimbali. Wote microscopic na macroscopic fungi wana umuhimu wa matibabu, na aina fulani za pathogenic ambazo zinaweza kusababisha mycoses (magonjwa yanayosababishwa na fungi). Baadhi ya fungi pathogenic ni nyepesi, maana yake ni kwamba wao hasa kusababisha maambukizi wakati ulinzi wa kinga ya mwenyeji ni kuathirika na si kawaida kusababisha ugonjwa kwa watu wenye afya. Fungi ni muhimu kwa njia nyingine. Wanafanya kama waharibifu katika mazingira, na ni muhimu kwa ajili ya uzalishaji wa vyakula fulani kama vile jibini. Fungi pia ni vyanzo vikubwa vya antibiotics, kama vile penicillin kutoka kuvu Penicillium.

Tabia ya Fungi

Fungi zina sifa zilizoelezwa vizuri ambazo zinawaweka mbali na viumbe vingine. Miili mingi ya vimelea ya multicellular, inayoitwa molds, imeundwa na filaments inayoitwa hyphae. Hyphae inaweza kuunda mtandao wa tangled unaoitwa mycelium na kuunda thallus (mwili) wa fungi ya nyama. Hyphae ambazo zina kuta kati ya seli huitwa hyphae ya septate; hyphae ambazo hazina kuta na utando wa seli kati ya seli huitwa nonseptate au coenocytic hyphae). (Kielelezo\(\PageIndex{1}\)).

Kielelezo\(\PageIndex{1}\): Fungi nyingi (molds) huunda hyphae, ambayo inaweza kuwa septate au nonseptate. Fungi za unicellular (yeasts) seli huunda pseudohyphae kutoka seli za chachu za mtu binafsi.

Tofauti na molds, yeasts ni fungi unicellular. Yeasts budding kuzaliana asexually na budding mbali ndogo binti kiini; seli kusababisha wakati mwingine fimbo pamoja kama mnyororo mfupi au pseudohypha (Kielelezo\(\PageIndex{1}\)). Candida albicans ni chachu ya kawaida ambayo huunda pseudohyphae; inahusishwa na maambukizi mbalimbali kwa wanadamu, ikiwa ni pamoja na maambukizi ya chachu ya uke, thrush ya mdomo, na candidiasis ya ngozi.

Baadhi ya fungi ni dimorphic, kuwa na kuonekana zaidi ya moja wakati wa mzunguko wa maisha yao. Fungi hizi za dimorphic zinaweza kuonekana kama yeasts au molds, ambayo inaweza kuwa muhimu kwa infectivity. Wana uwezo wa kubadilisha muonekano wao kwa kukabiliana na mabadiliko ya mazingira kama vile upatikanaji wa virutubisho au kushuka kwa halijoto, kukua kama ukungu, kwa mfano, saa 25 °C (77 °F), na kama seli za chachu kwenye 37 °C (98.6 °F). Uwezo huu husaidia fungi ya dimorphic kuishi katika mazingira tofauti. Histoplasma capsulatum, pathogen inayosababisha histoplasmosis, maambukizi ya mapafu, ni mfano wa kuvu ya dimorphic (Kielelezo\(\PageIndex{2}\)).

Kielelezo\(\PageIndex{2}\): Histoplasma capsulatum ni kuvu ya dimorphic ambayo inakua katika udongo unaojulikana kwa nyasi za ndege au nyasi za bat (guano) (juu kushoto). Inaweza kubadilisha fomu ili kuishi kwa joto tofauti. Nje, kwa kawaida hukua kama mycelium (kama inavyoonekana katika mikrograph, chini kushoto), lakini wakati spora zinavutwa (kulia), huitikia joto la juu la ndani la mwili (37 °C [98.6 °F]) kwa kugeuka kuwa chachu inayoweza kuzidi katika mapafu, na kusababisha ugonjwa sugu wa mapafu histoplasmosis. (mikopo: mabadiliko ya kazi na Vituo vya Kudhibiti na Kuzuia Magonjwa)

Kuna sifa za kipekee katika kuta za seli za vimelea na membrane. Kuta za seli za vimelea zina chitini, kinyume na selulosi inayopatikana katika kuta za seli za mimea na protists wengi. Zaidi ya hayo, wakati wanyama wana cholesterol katika utando wa seli zao, utando wa seli za vimelea zina sterols tofauti zinazoitwa ergosterols. Ergosterols mara nyingi hutumiwa kama malengo ya madawa ya kulevya.

Mzunguko wa maisha ya vimelea ni ya kipekee na ngumu. Fungi huzaa ngono ama kwa njia ya msalaba au mbolea binafsi. Fungi ya Haploid huunda hyphae ambayo ina gametes kwa vidokezo. Aina mbili za kuunganisha (zinawakilishwa kama “+ aina” na “— aina”) zinahusika. Cytoplasms ya+na — aina gametes fuse (katika tukio iitwayo plasmogamy), kuzalisha kiini na viini mbili tofauti (kiini dikaryotic). Baadaye, fuse ya nuclei (katika tukio linaloitwa karyogamy) ili kuunda zygote ya diploid. Zygote hupata meiosis kuunda spores zinazoota ili kuanza hatua ya haploidi, ambayo hatimaye inajenga mycelia zaidi ya haploid (Kielelezo\(\PageIndex{3}\)). Kulingana na kundi la taxonomic, spora hizi zinazozalishwa ngono hujulikana kama zygospores (katika Zygomycota), ascospores (katika Ascomycota), au basidiospores (katika Basidiomycota) (Kielelezo\(\PageIndex{4}\)).

Fungi pia inaweza kuonyesha uzazi wa asexual na mitosis, mitosis na budding, kugawanyika kwa hyphae, na kuundwa kwa spores asexual na mitosis. Spores hizi ni seli maalumu ambazo, kulingana na viumbe, zinaweza kuwa na sifa za kipekee za kuishi, uzazi, na kutawanyika. Fungi huonyesha aina kadhaa za spores za asexual na hizi zinaweza kuwa muhimu katika uainishaji.

Kielelezo\(\PageIndex{3}\): Zygomycetes wana mzunguko wa maisha ya ngono na asexual. Katika mzunguko wa maisha ya ngono, + na — mating aina conjugate kuunda zygosporangium.

Kielelezo\(\PageIndex{4}\): Picha hizi zinaonyesha spores zinazozalishwa kwa asexually. (a) Micrograph hii ya Brightfield inaonyesha kutolewa kwa spores kutoka sporangium mwishoni mwa hypha inayoitwa sporangiophore. Viumbe ni Mucor sp. kuvu, mold mara nyingi hupatikana ndani ya nyumba. (b) Sporangia kukua katika mwisho wa mabua, ambayo kuonekana kama fuzz nyeupe kuonekana kwenye mold hii mkate, Rhizopus stolonifer. Vidokezo vya mold ya mkate ni giza, sporangia iliyo na sporangia. (mikopo a: mabadiliko ya kazi na Vituo vya Kudhibiti na Kuzuia Magonjwa; mikopo b haki: mabadiliko ya kazi na “Andrew” /Flickr)

Zoezi\(\PageIndex{1}\)

Je! Kuvu ya dimorphic ni chachu au mold? Eleza.

Tofauti ya vimelea

Fungi ni tofauti sana, inahusu vikundi saba vikuu. Sio makundi yote saba yana vimelea. Baadhi ya vikundi hivi kwa ujumla huhusishwa na mimea na hujumuisha vimelea vya mimea. Kwa mfano, Urediniomycetes na Ustilagomycetes ni pamoja na mimea ya mimea na smuts, kwa mtiririko huo. Hizi huunda raia nyekundu au giza, kwa mtiririko huo, juu ya mimea kama rusts (nyekundu) au smuts (giza). Spishi fulani zina athari kubwa za kiuchumi kwa sababu ya uwezo wao wa kupunguza mavuno ya mazao. Glomeromycota inajumuisha fungi ya mycorrhizal, symbionts muhimu na mizizi ya mimea ambayo inaweza kukuza ukuaji wa mimea kwa kutenda kama mfumo wa mizizi iliyopanuliwa. Glomeromycota ni wajibu symbionts, maana kwamba wanaweza kuishi tu wakati wa kuhusishwa na mizizi ya mimea; fungi hupokea wanga kutoka kwenye mmea na mmea hufaidika kutokana na uwezo ulioongezeka wa kuchukua virutubisho na madini kutoka kwenye udongo. Chytridiomycetes (chytrids) ni fungi ndogo, lakini ni muhimu sana kwa mazingira. Chytrids kwa ujumla ni majini na kuwa flagellated, gametes motile; aina maalum huhusishwa katika kupungua kwa amfibia duniani kote. Kwa sababu ya umuhimu wao wa matibabu, tutazingatia Zygomycota, Ascomycota, Basidiomycota, na Microsporidia. \(\PageIndex{9}\)Kielelezo kinafupisha sifa za makundi haya muhimu ya dawa ya fungi.

Zygomycota (zygomycetes) ni hasa saprophytes na hyphae coenocytic na nuclei haploid. Wanatumia sporangiospores kwa uzazi wa asexual. Jina la kikundi linatokana na zygospores ambazo hutumia kwa uzazi wa ngono (Kielelezo\(\PageIndex{3}\)), ambazo zina kuta ngumu zilizoundwa kutoka kwa fusion ya seli za uzazi kutoka kwa watu wawili. Zygomycetes ni muhimu kwa sayansi ya chakula na kama vimelea vya mazao. Mfano mmoja ni Rhizopus stolonifer (Kielelezo\(\PageIndex{4}\)), mold muhimu ya mkate ambayo pia husababisha mchele miche ya mchele. Mucor ni jenasi ya fungi ambayo inaweza uwezekano wa kusababisha maambukizi ya necrotizing kwa binadamu, ingawa spishi nyingi hazipatikani joto zinazopatikana katika miili ya mamalia (Kielelezo\(\PageIndex{4}\)).

Ascomycota ni pamoja na fungi ambayo hutumiwa kama chakula (uyoga wa chakula, morels, na truffles), wengine ambao ni sababu za kawaida za kuharibika kwa chakula (molds mkate na vimelea vya mimea), na bado wengine ambao ni vimelea vya binadamu. Ascomycota inaweza kuwa na hyphae ya septate na miili ya matunda yenye umbo la kikombe inayoitwa ascocarps. Baadhi ya genera za Ascomycota hutumia ascospores zinazozalishwa ngono pamoja na spora za asexual zinazoitwa conidia, lakini awamu za ngono hazijagunduliwa wala kuelezewa kwa wengine. Baadhi huzalisha ascus iliyo na ascospores ndani ya ascocarp (Kielelezo\(\PageIndex{5}\)).

Mifano ya Ascomycota ni pamoja na molds kadhaa za mkate na vimelea vidogo, pamoja na aina zinazoweza kusababisha mycoses mbaya zaidi. Spishi katika jenasi Aspergillus ni sababu muhimu za allergy na maambukizi, na ni muhimu katika utafiti na katika uzalishaji wa baadhi ya vinywaji fermented vileo kama vile ajili ya Kijapani. Kuvu Aspergillus flavus, mchafuzi wa karanga na nafaka zilizohifadhiwa, hutoa aflatoxin ambayo ni sumu na kansa ya asili inayojulikana zaidi. Neurospora crassa ni ya matumizi hasa katika utafiti wa jenetiki kwa sababu spora zinazozalishwa na meiosis huhifadhiwa ndani ya ascus mfululizo unaoonyesha mgawanyiko wa seli uliowazalisha, kutoa mtazamo wa moja kwa moja wa ubaguzi na urval wa jeni (Kielelezo\(\PageIndex{6}\)). Penicillium hutoa penicillin ya antibiotic (Kielelezo\(\PageIndex{5}\)).

Spishi nyingi za ascomycetes ni muhimu kiafya. Idadi kubwa ya aina katika genera Trichophyton, Microsporum, na Epidermophyton ni dermatophytes, fungi ya pathogenic inayoweza kusababisha maambukizi ya ngozi kama vile mguu wa mwanariadha, tock itch, na ringworm. Blastomyces dermatidis ni kuvu ya dimorphic ambayo inaweza kusababisha blastomycosis, maambukizi ya kupumua ambayo, ikiwa yameachwa bila kutibiwa, yanaweza kusambazwa kwenye maeneo mengine ya mwili, wakati mwingine husababisha kifo. Pathogen nyingine muhimu ya kupumua ni kuvu ya dimorphic Histoplasma capsulatum (Kielelezo\(\PageIndex{2}\)), ambayo inahusishwa na ndege na popo katika mabonde ya mto Ohio na Mississippi. Coccidioides immitis husababisha ugonjwa mkubwa wa mapafu Valley homa. Candida albicans, sababu ya kawaida ya maambukizi ya uke na mengine ya chachu, pia ni kuvu ya ascomycete; ni sehemu ya microbiota ya kawaida ya ngozi, tumbo, njia ya uzazi, na sikio (Kielelezo\(\PageIndex{5}\)). Ascomycetes pia husababisha magonjwa ya mimea, ikiwa ni pamoja na maambukizi ya ergot, ugonjwa wa elm ya Kiholanzi, na mildews ya poda.

Saccharomyces yeasts, ikiwa ni pamoja na chachu ya mwokaji S. cerevisiae, ni ascomycetes unicellular na hatua haploid na diploid (Kielelezo\(\PageIndex{7}\)). Aina hii na nyingine za Saccharomyces hutumiwa kwa pombe ya pombe.

Kielelezo\(\PageIndex{5}\): (a) Hii micrograph Brightfield inaonyesha ascospores kuwa iliyotolewa kutoka asci katika Kuvu Talaromyces flavus var. flavus. (b) Micrograph hii ya elektroni inaonyesha conidia (spores) iliyoboreshwa kwenye conidiophore ya Aspergillus, aina ya kuvu yenye sumu inayopatikana hasa katika udongo na mimea. (c) Micrograph hii ya mkali inaonyesha chachu ya Candida albicans, wakala wa causative wa candidiasis na thrush. (mikopo a, b, c: mabadiliko ya kazi na Vituo vya Kudhibiti na Kuzuia Magonjwa)

Kielelezo\(\PageIndex{6}\): Hizi ascospores, zilizowekwa ndani ya ascus, zinazalishwa ngono. (mikopo: Peter G. Werner)

Kielelezo\(\PageIndex{7}\): Mzunguko wa maisha wa ascomycete unahusishwa na uzalishaji wa asci wakati wa awamu ya ngono. Awamu ya haploid ni awamu kubwa ya mzunguko wa maisha.

Basidiomycota (basidiomycetes) ni fungi ambazo zina basidia (miundo yenye umbo la klabu) inayozalisha basidiospores (spora zinazozalishwa kwa njia ya budding) ndani ya miili yenye matunda iitwayo basidiocarps (Kielelezo\(\PageIndex{8}\)). Wao ni muhimu kama waharibifu na kama chakula. Kundi hili linajumuisha kutu, stinkhorns, puffballs, na uyoga. Spishi kadhaa zina umuhimu fulani. Neoformans Cryptococcus, kuvu kawaida hupatikana kama chachu katika mazingira, inaweza kusababisha maambukizi makubwa ya mapafu wakati inhaled na watu binafsi na mifumo dhaifu ya kinga. Uyoga wa meadow ya chakula, Agricus campestris, ni basidiomycete, kama vile uyoga wa sumu Amanita phalloides, inayojulikana kama cap ya kifo. Sumu za mauti zinazozalishwa na A. phalloides zimetumika kujifunza transcription.

Kielelezo\(\PageIndex{8}\): Mzunguko wa maisha ya basidiomycete hubadilisha kizazi cha haploidi na hatua ya muda mrefu ambayo viini viwili (dikaryon) viko katika hyphae.

Hatimaye, Microsporidia ni fungi ya unicellular ambayo ni wajibu wa vimelea vya intracellular. Wanakosa mitochondria, peroxisomes, na centrioles, lakini spora zao hutoa tubule ya pekee ya polar ambayo hupiga utando wa seli ya jeshi ili kuruhusu kuvu kupata kuingia ndani ya seli. Microsporidia kadhaa ni vimelea vya binadamu, na maambukizi ya microsporidia huitwa microsporidiosis. Aina moja ya pathogenic ni Enterocystozoan bieneusi, ambayo inaweza kusababisha dalili kama vile kuhara, cholecystitis (kuvimba kwa kibofu cha nduru), na mara chache, ugonjwa wa kupumua.

Kielelezo\(\PageIndex{9}\): (mikopo “Ascomycota”: mabadiliko ya kazi na Dk Lucille Georg, Vituo vya Kudhibiti na Kuzuia Magonjwa; mikopo “Microsporidia”: mabadiliko ya kazi na Vituo vya Udhibiti wa Magonjwa na Kuzuia)

Zoezi\(\PageIndex{2}\)

Ni kundi gani la fungi linaloonekana kuhusishwa na idadi kubwa ya magonjwa ya binadamu?

Vimelea vya Eukaryotic katika Majeshi ya Eukaryotic

Tunapofikiria dawa za antimicrobial, antibiotics kama vile penicillin mara nyingi huja akilini. Penicillin na antibiotics zinazohusiana huingilia kati ya awali ya kuta za seli za peptidoglycan, ambazo zinalenga seli za bakteria kwa ufanisi. Antibiotics hizi ni muhimu kwa sababu binadamu (kama eukaryotes zote) hawana kuta za seli za peptidoglycan.

Kuendeleza dawa ambazo zinafaa dhidi ya seli za eukaryotiki lakini hazidhuru kwa seli za binadamu ni ngumu zaidi. Licha ya tofauti kubwa za kimaumbile, seli za binadamu, fungi, na protisti zinafanana katika suala la ribosomu zao, cytoskeletons, na utando wa seli. Matokeo yake, ni changamoto zaidi kuendeleza dawa zinazolenga protozoans na fungi kwa njia ile ile ambayo antibiotics inalenga prokaryotes.

Fungicides zina njia ndogo za hatua. Kwa sababu fungi zina ergosterols (badala ya cholesterol) katika utando wa seli zao, enzymes tofauti zinazohusika katika uzalishaji wa sterol zinaweza kuwa lengo la dawa fulani. Fungicides ya azole na morpholine huingilia kati ya awali ya sterols za membrane. Hizi hutumika sana katika kilimo (fenpropimorph) na kliniki (k.m., miconazole). Baadhi ya dawa za antifungal zinalenga kuta za seli za chitin za fungi. Licha ya mafanikio ya misombo hii katika kulenga fungi, dawa za antifungal kwa maambukizi ya utaratibu bado huwa na madhara ya sumu zaidi kuliko antibiotics kwa bakteria.

Mwelekeo wa kliniki: Sehemu ya 3

Sarah ni kuondolewa ringworm si mdudu halisi, lakini anataka kujua ni nini kweli. Daktari anaelezea kuwa nguruwe ni kuvu. Anamwambia kwamba hataona uyoga hutoka kwenye ngozi yake, kwa sababu kuvu hii ni kama sehemu isiyoonekana ya uyoga inayoficha kwenye udongo. Anamhakikishia kwamba watapata kuvu kutoka kwake pia.

Daktari hutakasa na kisha hupunguza kwa makini lesion ili kuweka specimen kwenye slide. Kwa kuiangalia chini ya darubini, daktari anaweza kuthibitisha kwamba maambukizi ya vimelea yanawajibika kwa lesion ya Sarah. Katika Kielelezo\(\PageIndex{10}\), inawezekana kuona macro- na microconidia katika rubrum Trichophyton. Ukuta wa seli pia huonekana. Hata kama pathojeni ilifanana na helminth chini ya darubini, kuwepo kwa kuta za seli ingeweza kutawala uwezekano kwa sababu seli za wanyama zinakosa kuta za seli.

Daktari anaelezea cream ya antifungal kwa mama ya Sarah kuomba kwenye nguruwe. Mama yake Sara anauliza, “Tufanye nini ikiwa haitoi?”

Zoezi\(\PageIndex{3}\)

Je! Aina zote za nguruwe zinaweza kutibiwa na dawa sawa ya antifungal?

Kielelezo\(\PageIndex{10}\): Micrograph hii inaonyesha hyphae (macroconidium) na microconidia ya rubrum ya Trichophyton, dermatophyte inayohusika na maambukizi ya vimelea ya ngozi. (mikopo: mabadiliko ya kazi na Vituo vya Kudhibiti na Kuzuia Magonjwa)

Dhana muhimu na Muhtasari

• Fungi ni pamoja na viumbe mbalimbali vya saprotrophic eukaryotic na kuta za seli za chitini
• Fungi inaweza kuwa unicellular au multicellular; baadhi (kama chachu) na spores ya vimelea ni microscopic, wakati baadhi ni kubwa na ya wazi
• Aina za uzazi ni muhimu katika kutofautisha makundi ya vimelea
• Spishi muhimu za kimatibabu zipo katika vikundi vinne vya vimelea - Zygomycota, Ascomycota, Basidiomycota, na Microsporidia.
• Wajumbe wa Zygomycota, Ascomycota, na Basidiomycota kuzalisha sumu mauti
• Tofauti muhimu katika seli za vimelea, kama vile ergosterols katika utando wa vimelea, zinaweza kuwa malengo ya dawa za antifungal, lakini kufanana kati ya seli za binadamu na vimelea hufanya iwe vigumu kupata malengo ya dawa na dawa hizi mara nyingi huwa na athari mbaya za sumu