Dipodascus capitatus что это
Диагностика микозов
Аравийский Р.А., Климко Н.Н., Горшкова Г.И.
1.3. Работа с патологическим материалом
2.1. Микроскопическое исследование
2.2. Посев патологического материала и количественный учет при микозах, вызванных дрожжевыми грибами
2.3. Микроскопическое исследование и посев патологического материала при микозах, вызванных плесневыми грибами
2.4. Микроскопическое исследование и посев патологического материала при подозрении микозов, вызванных диморфными грибами
2.5. Микроскопическое исследование и посев патологического материала при дерматомикозах (кератомикозах и дерматофитиях)
2.6. Серологические методы диагностики микозов.
3. Возбудители микозов, наиболее часто выявляемых при лабораторном исследовании различных клинических материалов.
4. Критерии диагностики системных микозов: клинические и лабораторные параметры окончательного диагноза.
5. Возбудители грибковых инфекций.
5.2. Возбудители дерматомикозов.
5.3. Возбудители подкожных микозов.
Грибковые инфекции являются важной проблемой клинической медицины. Из потенциальных «болезней будущего» микозы превратились в актуальные «болезни настоящего». Возбудители микозов многочисленны и вызываемые ими заболевания человека и животных весьма разнообразны. Количество видов микроскопических грибов (микромицетов) оценивается
100 000-200 000 видов. Ежегодно описывается
1500 новых видов (Perfect a. Schell, 1996). Реальное значение в клинической практике в настоящее время имеют около 100 видов.
Классификация патогенных грибов (по Kwon-Chung, 1996)
2) возбудители энтомофтормикоза:
Возбудители микозов (анаморфные стадии):
Возбудители кандидоза и редких дрожжевых инфекций:
1) Анаморфная стадия – Candida luscitaniae
Совершенная стадия – Clavispora luscitaniae
2) Анаморфная стадия – Candida famata
Совершенная стадия – Debariomyces hansenii
3) Анаморфная стадия – Candida krusei
Совершенная стадия – Issachenkia orientalis
4) Анаморфная стадия – Candida kefyr
Совершенная стадия – Kluyveromyces marxianes
5) Анаморфная стадия – неизвестна
Совершенная стадия – Pichia angusta (Hansenula polymorpha)
6) Анаморфная стадия – Candida pelliculosa
Совершенная стадия – Pichia angusta (Hansenula anomala)
7) Анаморфная стадия – Candida guilliermondii
Совершенная стадия – Pichia guilliermondii
8) Анаморфная стадия – Candida norvogensis
Совершенная стадия – Pichia norvogensis
9) Анаморфная стадия – Blastoschizomyces capitatus
Совершенная стадия – Dipodascus capitatus
10) Анаморфная стадия – Saccharomyces cerevisiae
1). Candida albicans
2). Candida tropicalis
3). Candida parapsilosis
4). Candida glabrata
5). Candida dubliniensis
Возбудитель пневмоцистной пневмонии (пневмоцистоза):
1). Pneumocystis carinii
IV.Basidiomycetes (филаментирующие базидиомицеты):
1). Возбудитель криптококкоза – Cryptococcus neoformans
2). Возбудитель разноцветного лишая – Malassezia spp.
* Микроорганизмы, не укладывающиеся в общую схему филогенеза: Loboa loboi, Rhinosporidium seeberi
Изучение таксономического родства основано на анализе рибосомальной последовательности РНК (таблица 2), кроме того, важнейшим биохимическим маркером истинных грибов является возможность синтеза лизина через метаболические пути, связанные с alfa-aminoadipate (ААА), в то время как у прокариотов (бактерий), слизевиков, водорослей, зеленых растений метаболизм лизина связан с диаминопимеленовой кислотой (ДАР).
Интересы медицинской микологии связаны не только с зболеваниями, вызванными истинными грибами (эумицетами), но и с патологией, связанной с некоторыми водорослями класса Oomycetes. Так, водоросль Pythium insidiosum является возбудителем поражений подкожной клетчатки – фитиоза, а бесхлорофильный мутант зеленых водорослей Prototheca spp. Вызывает веррукозное поражение кожи и диссеминированные процессы с вовлечением лимфатических узлов и внутренних органов. Медицинская микология традиционно занимается также патогенными актиномицетами, хотя эти микроорганизмы не относятся к грибам. Актиномицеты являются прокариотами (бактериями), содержат в стенках характерную мураминовую кислоту, у них отсутствуют оформленные ядра, они чувствительны к противобактериальным препаратам. Однако в культуре и тканях человека актиномицеты образуют тонкий ветвящийся мицелий, в связи с чем эти микроорганизмы длительное время относили к грибам. В настоящее время заболевания, вызываемые актиномицетами и нокардиями, называют псевдомикозами.
Особое значение в последние десятилетия приобрели так называемые оппортунистические инфекции. Такие заболевания развиваются на фоне разнообразных иммуносупрессивных состояний. Загрязнение окружающей среды, повышение радиационного фона, использование в медицине иммуносупрессантов, цитостатиков, кортикостероидов, антибиотиков широкого спектра действия – вот далеко не полный перечень факторов, ослабляющих естественные защитные механизмы человека и способствующих возникновению оппортунистических инфекций, вызываемых условно-патогенными грибами.
В эпоху появления и широкого распространения ВИЧ-инфекции, вызывающей прогрессирующий иммунодефицит и создающего благоприятные условия для развития оппортунистических инфекций, отмечено резкое увеличение частоты микозов, некоторые из которых являются непосредственной причиной смерти больных (Покровский В.И., 1991; Рахманова А.Г. и др., 1993; Dupont B., et al., 1992; Гяургиева О.Х., 1996).
По результатам комплексного обследования ВИЧ-инфицированных больных было установлено, что микозы составляют 70% в структуре клинических проявлений ВИЧ-инфекции наряду с другими инфекционными осложнениями (Гяургиева О.Х., 1996). 60-90% больных ВИЧ-инфекцией страдают различными формами кандидоза, 5-20% больных погибает от криптококкового менингита, у 60% больных диагностируют пневмоцистную пневмонию, нередки случаи гистоплазмоза и аспергиллеза.
Второй глобальной проблемой является прогрессивное увеличение частоты грибковых инфекций, прежде всего – инвазивных микозов, у больных с различными новообразованиями. Основной причиной этого является широкое применение интенсивной цитостатической терапии, способствующей развитию нейтропении и дефектам клеточного иммунитета (Ruhnke m., 2000). Возможности полихимиотерапии опухолей и гемобластозов позволяют продлить жизнь больных, но в то же время у 50% этих больных обнаруживают микотические осложнения.
Еще одна важная проблема связана с купированием внутрибольничных грибковых инфекций. В последние десятилетия отмечены вспышки внутрибольничных инфекций в самых совершенных, технически оснащенных больницах и клиниках. Особенно это касается отделений недоношенных детей, а также реанимационных отделений.
Остаются актуальными и другие проблемы медицинской микологии, связанные с диагностикой и лечением грибковых инфекций, редких микозов. Нередко диагностика инвазивных микозов затруднена неоднозначностью результатов лабораторных исследований, неопределенностью клинического значения новых методов диагностики.
Dipodascus capitatus что это
Порядок Эндомпцетовые (Еndomycetales) (И. И. Сидорова)
Семейство Эндомицетовые (Еndomycetaceae)(И. И. Сидорова)
Виды этого семейства обитают в слизистых истечениях растений, на древесине, в почве, в ассоциациях с насекомыми, с кольчатыми червями и не имеют практического значения. Но эта группа представляет большой теоретический интерес как возможное связующее звено между аскомицетами и их гипотетическими предками, близкими к современным зигомицетам. Наиболее детально в этом плане изучен род диподаскус (Dipodascus).
Освобождение аскоспор происходит пассивно. Они окружены слизистой обверткой, при ее набухании сумка растягивается и разрывается на вершине. Аскоспоры выходят из сумки и собираются на ее вершине в шарик, склеенный слизью. Они прорастают через 24-36 ч в капле воды или на подходящем субстрате.
Таким образом, развитие спор полового размножения у диподасковых имеет большое сходство с наблюдаемым у зигомицетов. Как и у зигомицетов, здесь может происходить слияние многоядерных гаметангиев (Dipodascus albidus), сменяющихся в процессе эволюции одноядерными (Dipodascus uninucleates). Однако при слиянии многоядерных гаметангиев диподасковых не происходит множественной кариогамии (слияние ядер), а сливаются только два ядра. Здесь следует отметить, что уже у некоторых зигомицетов (род Endogone) при гаметангиогамии сливаются только два ядра, а остальные ядра многоядерных гаметангиев дегенерируют. Сумка аскомицетов гомологична зародышевому спорангию зигомицетов, у диподасковых же их сходство увеличивается еще и тем, что количество аскоспор в сумке может достигать нескольких десятков и не фиксировано строго, как у остальных аскомицетов.
Однако у диподасковых есть и существенные отличия от зигомицетов. Зигота перед прорастанием не переходит в состояние покоя, а сразу превращается в сумку. Образование аскоспор происходит по способу, типичному для аскомицетов («свободное образование клеток»).
Переходный характер семейства диподасковых в известной мере подтверждается результатами биохимических исследований, в частности изучением первичных структур ДНК.
Собранный диподаскус образует интересную в биологическом отношении ассоциацию с некоторыми короедами (Л. Р. Батра, 1959). Запах гриба привлекает жуков, а клейкая обвертка аскоспор обеспечивает их перенос жуками. Этот вид обнаружен как в личиночных ходах короедов, так и в почве (под пораженными короедами деревьями), куда его споры вымываются дождем. Предполагают, что зимующей стадией гриба являются аскоспоры, которые сохраняют жизнеспособность в почве более 15 месяцев.
Мицелий у представителей этого семейства может состоять из хорошо развитых гиф (род Eremascus), частично распадаться на артроспоры (род Endomyces) либо почковаться (род Endomycopsis).
У грибов рода эремаскус (Eremascus) гаметангиогамия сходна с таковой у диподасковых. Гаметангии представляют отростки клеток мицелия, содержащие по одному ядру, они сливаются, зигота отделяется перегородками от оснований гаметангиев и превращается в восьмиспоровую сумку. У эндомицеса Магнуса (Endomyces magnusii), обитающего в соке деревьев, образование сумок в типе такое же, но гаметангиогамия гетерогамная. Некоторые эндомицетовые образуют сумки апомиктически, например Endomyces decipiens, паразитирующий на пластинках осеннего опенка, или весенний эндомикопсис (Endomycopsis vernalis), часто встречающийся в соке березы, а также в почве и образующий в культуре большое число дрожжеподобных клеток.
У распространенного в Китае эндомицеса Линднера (Endomyces lindneri), сбраживающего сахарозу и многие моносахариды, зигота не всегда образует сумку сразу, а иногда дает короткую, даже ветвящуюся гифу, на которой образуются сумки. Гифа напоминает по функции аскогенные гифы высших аскомицетов, но, в отличие от них, содержит диплоидные ядра, а не дикарионы.
Увеличение числа сумок, образующихся из одной зиготы, может происходить у эндомицетовых и другим путем. У одонтиевого мириогониума (Myriogonium odontiae), паразитирующего на плодовых телах базидиомицета одонтия (Odontia), впервые у аскомицетов встречается образование сумки по способу крючка.
Таким образом, семейство эндомицетовых представляет переходную группу от диподасковых к высшим аскомицетам (образование сумки по способу крючка, примитивной аскогенной гифы), с одной стороны, и к своеобразной группе грибов, вегетативное тело которых состоит из одиночных клеток (сумчатым дрожжам), с другой стороны.
Семейство Сахаромицетовые (Sacchabomycetaceae) (И. П. Бабьева)
Представители семейства сахаромицетовых (Saccharomycetaceae) не образуют типичного мицелия, их вегетативные клетки почкуются или делятся. Аскосиоры образуются в сумках, представляющих одиночные клетки. У многих дрожжей в цикле развития удлиняется диплоидная фаза, а у некоторых она преобладает.
Дрожжи растут и размножаются с большой скоростью, вызывая при этом существенные изменения в окружающей среде. Наиболее известный для дрожжей процесс спиртового брожения был причиной широкого практического использования дрожжей с давних времен. Именно это их свойство привело к тому, что дрожжи исторически всегда рассматривают отдельно от других грибов. Автономность группы дрожжей в научном отношении поддерживается также тем, что методы их изучения более сходны с бактериологическими, чем микологическими. Однако дрожжи сохраняют до сих пор самостоятельность среди других грибов скорее лишь по традиции, чем по общебиологическому принципу. Постоянное обнаружение все большего числа новых переходных и промежуточных форм среди мицелиальных грибов и дрожжей делает все более трудным и условным проведение границ между теми и другими.
Филогенетические связи обнаруживаются у дрожжей как с сумчатыми (аскомицетами), так и с базидиальными грибами. Подразделение дрожжей на группы, размещающиеся в разных классах грибов (Ascomycetes или Basidiomycetes), базируется главным образом на способах их полового размножения. Дрожжи, у которых половой цикл не обнаружен, временно относят к классу несовершенных грибов (Fungi Imperfecti, или Deuteromycetes).
Применение дрожжей для приготовления алкогольных напитков из соков фруктов и ягод, из зерен злаков (после их осахаривания) уходит корнями в доисторические времена. Археологические раскопки в Египте и Двуречье обнаруживают хорошо сохранившиеся остатки пивоварен и хлебопекарен, которые были построены за 2000 и даже 6000 лет до н. э. Известно, что в древнем Вавилоне была развита техника получения солода и пивоварение, ассирийцы умели готовить вино еще за 3500 лет до н. э. Легенды древних греков говорят о том, что искусство приготовления вина было даровано людям богом Дионисом.
Как живые существа дрожжи были описаны задолго до открытия Пастера. Первым увидел их голландец Антони ван Левенгук. Рисунки дрожжевых клеток с описаниями он направил в 1680 г. в Королевское общество в Лондон. Эту дату связывают с открытием мира микроорганизмов.
Значение факта обнаружения Левенгуком дрожжей не было понято ни его современниками, ни учеными последующих поколений в течение 150 лет. Научно-ботанические описания дрожжей, их строения и размножения были сделаны только в 30-х годах прошлого столетия почти одновременно К. Латуром во Франции (1838) и Т. Шванном (1837, 1839) и Ф. Кютцингом (1837) в Германии. В результате этих работ дрожжи были отнесены к грибам. Хотя уже первые исследователи дрожжей видели в них структуры, которые были ими определены как споры, на роль спор в размножении обратили внимание значительно позже де Сенез (1868) и Рисс (1869- 1870).
Рисс назвал спорообразующие дрожжи «сахарными грибами» (Saccharomyces). Это название, ранее использованное Мейеном (1837) для почкующихся дрожжей, сохраняется до сих пор за одним из самых известных и хорошо изученных родов дрожжевых организмов, к которым относятся все так называемые «культурные» дрожжи (винные, пивные, пекарские).
Морфолого-систематические исследования дрожжей, описания многих новых видов, выделенных из природных источников, и разработка первых классификационных схем связаны с именем датского ботаника Э. X. Хансена, работавшего на протяжении 30 лет в конце прошлого и начале нашего столетия. Работами Хансена не только заложено начало совершенно новой эры в биологии дрожжей, но и капитально перестроена технология брожения. Никто из его предшественников, в том числе и Пастер, не работал с чистыми культурами. Хансен разработал метод получения чистых культур из одной клетки и показал, что отдельные штаммы сильно различаются по физиологическим свойствам. Только внедрение чистых культур дало возможность получать пиво устойчивого качества, а пивоварение после этого стало развиваться как широкая промышленная отрасль.
Серия работ по систематике дрожжей выполнена так называемой голландской (делфтской) школой микробиологов, выпустивших в свет несколько изданий определителей дрожжевых организмов.
На русском языке (и в немецком переводе) имеется хорошо известная специалистам монография В. И. Кудрявцева «Систематика дрожжей» (1954).
Широкие цитологические исследования дрожжей, начатые французским ученым А. Гийермоном в начале столетия, активно развивались в Советском Союзе Г. А. Надсоном и его учениками. Новая область цитологических исследований была открыта благодаря разработке и внедрению методов люминесцентной микроскопии М. Н. Мейселем.
Промышленное использование дрожжей базируется прежде всего на их способности превращать сахар в спирт и углекислоту, а также на их воздействии на зерновые и молочные продукты. Главную роль дрожжи играют в производстве пива, вина, сидра; в получений путем дистилляции крепких спиртных напитков (водка, виски, бренди, коньяк, джин, ликеры); в хлебопекарной промышленности. В последние годы к старым технологическим процессам добавились новые: производство промышлен-ного спирта из отходов целлюлозно-бумажной промышленности или мелассы; получение дрожжевой биомассы или дрожжевых экстрактов для использования в качестве кормовых или пищевых добавок; применение дрожжей как фармацевтического продукта для лечебных целей (главным образом из-за высокого содержания витаминов группы В); получение из дрожжей или с помощью дрожжей различных ценных биохимикатов, например эргостерина (витамина D2), липидов, нуклеиновых кислот, ферментов и коферментов, органических кислот.
Итак, дрожжи всегда, сколько помнит себя человечество, его неизменные спутники и друзья. Они помогают человеку и сегодня. Еще больше можно ждать от них в будущем, так как знания наши об этих удивительных организмах еще далеко не полные.
Таллом дрожжей в наиболее простой форме представляет одну клетку. Эта клетка имеет все основные структуры, характерные для грибов (рис. 54). Иногда клетки могут объединяться в различные более или менее прочные структуры в виде ложного или настоящего мицелия. Способ организации клеток в такие структуры может быть характерным для некоторых видов и родов дрожжей (табл. 14).
Таблица 14. Ультра структура дрожжевой клетки
Размеры одиночных дрожжевых клеток лежат в пределах от 1 до 10 мкм, чаще 3-7 мкм. При образовании мицелия или вытянутых клеток псевдомицелия длина их может достигать 20 и даже 50 мкм, в то время как ширина остается более постоянной и обычно не превышает 10 мкм.
Почкующееся деление отличается от истинного почкования тем, что почка, закладывающаяся на широком основании и обычно у одного из полюсов, после созревания не «отшнуровывается», а «откалывается» по образующейся в перешейке поперечной перегородке (рис. 55,10). Клетки при этом приобретают грушевидную, веретеновидную или лимоновидную форму.
Рис. 55. Способы вегетативного размножения дрожжей (Объяснение в тексте.)
Деление распространено среди дрожжей значительно реже, чем почкование. Клетки после деления могут оставаться одиночными, как у шизосахаромицетов (Schizosaccharomyces, рис. 55,11), или образуют мицелий, который иногда распадается на артроспоры, как у трихоспорона (Trichosporon, рис. 55,12). В последнем случае клетки располагаются в виде характерного зигзага, напоминающего вагоны поезда, сошедшего с рельсов.
Необычный способ вегетативного размножения путем почкования на длинных выростах описан у дрожжей, которые выделены на этом основании в самостоятельный род стеригматомицес (Sterigmatomyces, рис. 55,8).
Дрожжи могут существовать в гаплоидной и диплоидной фазах. Смена ядерных фаз рассматривается как чередование поколений у дрожжей. Оно связано с образованием половых спор, которое может происходить по аскомицетному или базидиомицетному типу.
К группе дрожжей, имеющих аскомицетный цикл развития, относят больше половины известных родов дрожжевых организмов.
В зависимости от продолжительности существования гапло- и диплофазы различают гаплоидные и диплоидные дрожжи. Жизненные циклы тех и других приведены на рисунке 56. В качестве примеров диплоидных дрожжейг которые длительно вегетативно размножаются, находясь в диплофазе, выбраны сахаромикоды Людвига (Saccharomycodes ludwigii), гансениаспора апикулятная (Hanseniaspora apiculata) и пекарские дрожжи (Saccharomyces cerevisiae). Различия в их половом цикле проявляются в разных способах восстановления диплофазы после образования гаплоидных спор. Это могут быть копуляция прорастающих спор (S’codes ludwigii, рис. 56,1), диплоидизация ядра в одной споре (H’spora apiculata, рис. 56,2), копуляция образовавшихся из спор мелких гаплоидных клеток или одной клетки и споры (S. cerevisiae, рис. 56,3). Гаплоидные дрожжи в природе длительно существуют и вегетативно размножаются в гаплофазе. Диплоидизация перед образованием спор происходит по-разному: копуляция двух отдельных клеток (Schizosaccharomyces, рис. 56,4), слияние ядер материнской и дочерней клеток в так называемой мейозной почке (Debaryomyces, Schwanniomyces, рис. 56,5), кратковременное образование дикариона, миграция его в специальную почку, из которой после кариогамии и мейоза формируется сумка со спорой (Nadsonia, рис. 56,6).
Имеются и другие формы полового процесса, заканчивающиеся также образованием сумок со спорами. У дрожжей рода Metschnikowia сумки образуются из хламидоспор, в которые превращаются крупные диплоидные клетки после предшествующей копуляции мелких гаплоидных клеток противоположных типов спаривания (рис. 57). Сумки в виде крупных мешковидных выростов с многочисленными спорами образуются у почвенных липомицетов (Lipomyces).
Рис. 57. Цикл развития гриба мечниковия прекраснейшая (Metschnikowia pulcherrima)
Смеси клеток разных типов спаривания часто, хотя и не всегда спорулируют более активно, а при смешивании они могут агглютинировать (склеиваться), образуя плотный осадок на дне сосуда.
Половая агглютинация может, иметь и практическое значение. На основе этого явления разработан метод быстрого и эффективного выделения дрожжей из жидкости в производстве пекарских дрожжей, кормовых дрожжей, в пивоварении, дистилляции и виноделии.
Эндогенные аскоспоры, образующиеся в результате полового процесса, различаются по форме и содержатся в разном количестве в сумках.
На электронных микрографиях, а иногда даже в световом микроскопе можно видеть на поверхности спор различные скульптурные образования типа выростов, бородавок, ободков или складок (рис. 58).
Помимо дрожжей, у которых половой процесс приводит к образованию споровых вместилищ с эндогенными спорами, существует большая группа дрожжевых организмов с экзогенным образованием половых спор. Эти споры (споридии) формируются на проростках, называемых иногда промицелием. Такие проростки возникают из особых телиоспор (телейтоспор) после некоторого периода покоя. Жизненный цикл этих дрожжей имеет много общего с циклом развития головневых грибов (порядок Ustilaginales).
Мысль о родстве некоторых дрожжевых организмов с базидиальными грибами была высказана впервые в 1924 г. Клюйвером и ван Нилем при описании ими баллистоспоровых дрожжей. Эти дрожжи получили родовое название спороболомицес (Sporobolomyces) на том основании, что они образуют отстреливающиеся с силой баллистоспоры. В основе отстреливания спор лежит капельно-экскреторный механизм, как и у многих базидиомицетов.
Аналогичные баллистоспоры были найдены и у следующего, описанного в 1930 г. Дерксом, рода дрожжей Буллера (Bullera). Однако полового цикла ни у того, ни у другого рода долгое время не находили, а их предполагаемое родство с базидиомицетами основывали лишь на общности образования и отстреливания баллистоспор.
Рис. 59. Схема жизненного цикла красных дрожжей родоторула-родоспоридиум (Rhodotorula-Rhodosporidium)
В качестве источников углерода дрожжи используют лучше всего различные сахара, а также простые и многоатомные спирты, органические кислоты и многие другие соединения. Неизвестны дрожжи, которые не потребляли бы глюкозу. Некоторые виды используют углеводороды парафинового ряда, циклические углеводороды и сложные соединения ароматического строения (фенол, нафталин). В использовании дрожжами разных источников питания находят отражение условия их природных местообитаний. Разрушение дрожжами сложных природных и неприродных соединений типа пектина, крахмала, ароматических веществ имеет отношение к превращению органических соединений в природе. Эти процессы могут быть важными также в связи с проблемой очистки сточных вод от промышленных предприятий.
Дрожжи-сверхсинтетики используются для промышленного получения некоторых витаминов. С помощью специальных рас дрожжей производят также обогащение витаминами и микроэлементами некоторых продуктов питания (например, молочнокислые продукты, дрожжевые галеты).
Необычными потребностями для роста характеризуются дрожжи, обитающие в специфических природных очагах. Сюда относятся, например, постоянные обитатели кишечника теплокровных животных. Некоторые из них обладают очень высокими потребностями в витаминах и аминокислотах (Saccharomycopsis guttulata из кишечника кролика), все они могут расти только при повышенных температурах, в диапазоне 27-45° С (например, Candida slooffii из кишечника свиней).
Дрожжи, выделяемые из арктических и антарктических вод и из почв полярных районов, проявляют, наоборот, свойство психрофилии: они не растут при температуре выше 20° С. Облигатно-психрофильными видами являются, например, дрожжи рода лейкоспоридиум (Leucosporidium).
К осмофильным дрожжам, которые лучше растут при высоких концентрациях сахара в среде, относятся, например, сахаромицес меллис (Saccharomyces mellis) и сахаромицес Роукса (S. rouxii). Их находят в меде и других средах с большим содержанием сахара.
Среди дрожжей нет галофильных (солелюбивых) видов, а есть лишь галотолерантные, т. е. устойчивые к большой концентрации солей, но не требующие высокого содержания соли в среде.
Среди дрожжей де Бари (Debaryomyces), выделяющихся часто из морской воды, из рассолов, из солонины, есть виды, которые хотя и медленно, но могут расти в почти насыщенных растворах поваренной соли.
Среди дрожжей нет видов, образующих токсические для человека вещества. При порче пищевых продуктов, вызываемой дрожжами, меняется вкус и внешний вид, но не происходит накопления вреднодействующих веществ, как это бывает у ядовитых грибов и бактерий.
Говоря о разных взаимоотношениях дрожжей с высшими и низшими организмами, о роли дрожжей в жизни других существ, следует упомянуть об их пищевом значении для некоторых простейших и насекомых. В кишечнике плодовой мушки дрозофилы постоянно находятся дрожжи, главным образом те виды, которые обитают на поверхности плодов и ягод. Откладывая яйца в мякоть плодов, мушка одновременно вводит туда и дрожжи. Находясь в благоприятной среде, дрожжи активно размножаются и образуют значительную биомассу, которой питаются вылупляющиеся из яиц личинки. Взрослые мушки, перелетая с одного субстрата на другой, переносят и распространяют дрожжи.
Дрожжи служат хорошей пищей для амеб. Почвенные амебы прекрасно размножаются на дрожжевом корме, поедая живые и мертвые клетки разных видов дрожжей.
Как уже было сказано выше, дрожжи объединяются в отдельную группу на основании весьма поверхностного сходства и главным образом на основании морфологических признаков. Исследование тонких механизмов их половой репродукции, биохимических процессов, лежащих в основе обмена веществ и химии отдельных структур, приводит к выводу о большой разнородности этой группы организмов и, следовательно, разных путях происхождения и эволюции отдельных семейств и родов дрожжей.
Порядок эндомицетов объединяет два семейства аскоспоровых дрожжей. В семействе спермофторовых (Spermophthoraceae) все дрожжи имеют игловидные споры, а семейство сахаромицетных (Saccharomycetaceae) объединяет все остальные дрожжи с разной (но не игловидной) формой спор. В это семейство входят те роды, которые имеют наибольшее хозяйственное значение и изучение которых положило начало развитию наших знаний о дрожжевых организмах.
Род дробянки, или шизосахаромицеты (Schizosaccharomyces), объединяет дрожжи, вегетативно размножающиеся только делением. Это гаплоидные дрожжи, клетки которых копулируют перед образованием сумок. В сумке обычно 4 или 8 спор. Споры круглые, овальные или бобовидные, гладкие или с бородавчатой поверхностью. У большинства дробянок споры дают положительную йодную реакцию, что свидетельствует о наличии в их оболочках крахмалоподобных соединений.
Рис. 60. Микрофотографии дрожжей (сверху вниз): Schizosaccharomyces pombe (вегетативные клетки и сумка с четырьмя спорами); Schizosaccharomyces octosporus (делящиеся клетки и сумка с восемью спорами); Saccharomyces cerevisiae (вегетативные клетки и сумка со спорами); Lipomyces starkeyi (капсулы)
Рис. 61. Микрофотографии дрожжей (сверху вниз): Sporobolomyees roseus (клетки со стеригмами и баллистоспорами); то же; Lipomyces starkeyi (сумка со спорами); Cryptococcus diffluens (капсулы)
Род сахарные грибы, или сахаромицеты (Saccharomyces), объединяет как природные виды, так и «культурные» (производственные), существование которых тесно связано со всей историей бродильной промышленности. Наиболее общим признаком всех дрожжей этого рода является их способность к активному сбраживанию Сахаров с образованием наибольшего, по сравнению с другими дрожжами, количества спирта (от 10 до 19% по объему). Сюда входят пивные, винные и пекарские дрожжи.
Морфологически все виды этого рода довольно сходны: они имеют сферические и овальные клетки, размножающиеся вегетативно почкованием. Все они образуют овальные и шаровидные аскоспоры в сумках, возникающих либо после непосредственно предшествующей копуляции гаплоидных клеток, либо из диплоидных клеток без предварительной копуляции. Число спор в сумках обычно не больше четырех (рис. 60).
В литературе было описано более 200 видов сахаромицетов, однако сейчас различают не более 20 из них. Наибольшее значение для человека имеет S. cerevisiae. Этот вид известен в сотнях рас «культурных» дрожжей.
Производственные дрожжи разделяют на верховые (винные, хлебопекарные, спиртовые расы) и низовые (пивные).
Винодельческие расы получают свои названия в зависимости от страны и местности, из которых они произошли, а также от сорта винограда и местоположения виноградника. На основе практически важных свойств дрожжей расы делят на группы. Например, известны высоковыбраживающие расы, дающие до 18 и 20,5% спирта; холодостойкие или, наоборот, термотолерантные расы; спиртоустойчивые расы для шампанских вин; так называемые хересные дрожжи, образующие на поверхности вина пленку и создающие характерный для хереса вкус и букет. Последние иногда рассматривают не как расу S. cerevisiae, а как отдельный вид (хересный вариант) S. oviformis var. cheresiensis (В. И. Кудрявцев 1954).
Пиво получают из зерен злаков, главным образом ячменя, и добавляют на определенной стадии женские соцветия (шишки) хмеля. Полученное охмеленное сусло сбраживают дрожжами. Конечный продукт брожения (пиво) содержит до 6% спирта, сахар, экстрактивные вещества, белки, органические кислоты, горькие вещества хмеля, дубильные вещества и углекислоту. Дрожжи, применяемые в пивоварении, относят к видам S. carlsbergensis и S. uvarum. Первый из них иногда рассматривают как расу или разновидность пекарских дрожжей.
Дрожжи, которые используют в разных бродильных производствах, накапливаются в качестве отходов и могут быть применены в качестве добавочного ценного кормового продукта в пищевые рационы животных. Эти дрожжи содержат белки, углеводы, жиры и минеральные соли.
Пекарские дрожжи (S.cerevisiae) применяют в хлебопекарной и кондитерской промышленности. Для этих целей специально производят прессованные дрожжи, введенные в практику хлебопечения в конце XIX в. Дрожжи размножают в условиях высокой аэрации. Чисто спиртовое брожение под действием дрожжей происходит в пшеничном тесте. Образующаяся при брожении углекислота вызывает подъем теста. В ржаном тесте идет смешанное брожение: сначала молочнокислое (бактериальное), а затем спиртовое (дрожжевое). Из-за образующейся в первом этапе молочной кислоты ржаной хлеб имеет кисловатый вкус.
Среди сахаромицетов есть и природные виды, распространенные главным образом в субстратах, содержащих сахар: на поверхности плодов, ягод и фруктов, в нектаре цветов, в сокотечениях деревьев. Некоторые виды ассоциированы с насекомыми и встречаются в местах их обитания. Так называемые осмофильные дрожжи, известные как S. rouxii, обитают в пчелином меде. Эти дрожжи лучше используют фруктозу (сахар меда), чем глюкозу. Раньше гаплоидные осмофильные дрожжи выделяли в особый род зигосахаромицетов (Zygosaccharomyces). Осмофильные дрожжи часто являются причиной порчи меда, варений, джемов, а также скисания вин.
Особенно заражаются пленочными дрожжами вина с низким содержанием спирта, находящиеся в условиях хорошей аэрации. Дрожжи окисляют спирт и остаточные сахара вина, а в среде накапливаются органические кислоты, альдегиды и эфиры. Таким образом, пленочные дрожжи родов пихия и гансенула являются представителями вредной микрофлоры брожения. Меры предохранения и борьбы с ними предусматривают специальные режимы подготовки и сбраживания перерабатываемого сырья. Решающее значение имеет ведение процесса брожения на чистых расах сильных (активно бродящих) культурных дрожжей.
Род дебариомицеты (Debaryomyces), названный по имени знаменитого ботаника А. де Бари, объединяет дрожжи с характерным половым процессом: перед образованием сумки происходит копуляция материнской клетки с клеткопочкой. Таким образом, дрожжи эти в природе гаплоидны. Споры, чаще всего по одной в сумке, имеют бородавчатую или с правильными выростами поверхность (рис. 58). Клетки дебариомицетов чаще круглые, реже яйцевидные и овальные. Виды со сферическими клетками размножаются вегетативно множественным почкованием (рис. 55). Среди дебариомицетов есть дрожжи небродящие, слабо сбраживающие сахара, и только дрожжи двух или трех видов активно сбраживают разные углеводы.
Близки к дебариомицетам по циклу развития шванниомицеты (Schwanniomyces, по имени Т. Шванна). Все описанные 4 вида этого рода пока выделены только из почв. Споры их имеют характерную для этого рода форму грецкого ореха (рис. 58).
Все виды липомицетов не вызывают брожения и относятся к олигонитрофилам, т. е. группе микроорганизмов (чаще всего почвенных обитателей), которые нормально развиваются при следовых количествах азота в среде. В качестве источников углерода они способны окислять многие сахара, в том числе и пентозы, а также многоатомные спирты.
На территории Советского Союза липомицеты были найдены в почвах, начиная от подзолов в зоне северной тайги и кончая каштановыми почвами зоны сухих степей. Они выделялись также из некоторых почв Крыма, Кавказа и Тянь-Шаня.
Аскоспоровые дрожжи с почкующимся делением, выделяемые иногда в семейство сахаромикодовых (Saccharomycodaceae), распределяются в 4 рода: надсония (Nadsonia), сахаромикоды (Saccharomycodes), гансепиаспора (Hanseniaspora) и викерхамия (Wickerhamia). Эти дрожжи имеют лимоновидные клетки: мелкие у гансениаспоры и очень крупные у всех остальных (например, у сахаромикодов до 34 мкм в длину). Дрожжи этих родов различаются по форме спор, способу диплоидизации и образования сумок, по природным местообитаниям. У сахаромикодов Людвига (S. ludwigii) споры круглые, с узким гребешком. В сумке обычно 4 споры, расположены они тесно, попарно, гребешками друг к другу. При прорастании эти споры парами конъюгируют, будучи еще в сумке, и дают диплоидные клетки. Наиболее часто эти дрожжи обнаруживаются в слизетечении дуба, а также на поверхности плодов и в забродивших плодово-ягодных соках. В виноделии этот вид относят к сорнякам брожения.
Находят сахаромикоды Людвига и в так называемом «чайном квасе», где они обитают в симбиозе с уксуснокислыми бактериями.
Этот слабокислый напиток широко распространен в Индонезии. Для его приготовления используют настой чая с добавлением 10% сахара. На поверхности жидкости «чайный гриб» образует мощную слизистую пленку. Дрожжи, сбраживая сахар, способствуют образованию небольшого количества спирта и углекислого газа.
Дафнии заглатывают с водой дрожжевые сумки со спорами. Под действием желудочного сока оболочки сумок растворяются, а игловидные споры прокалывают стенку кишечника и выходят в полость тела, где прорастают и размножаются почкованием. При этом иногда животное гибнет, дрожжи переходят в состояние спор и вновь попадают в окружающую среду, откуда идет заражение новых экземпляров дафний. Более 80 лет об этих дрожжах дополнительно ничего не было известно. И только в 60-х годах, когда развернулись широкие микробиологические исследования океана, были найдены в теле разных беспозвоночных аналогичные дрожжи, описанные как новые виды: M. krissii и M. zobellii, названные в честь советского микробиолога и исследователя океанов А. Е. Крисса, а также американского водного микробиолога К. Зобелла.
В настоящее время в этом роде описаны еще два вида дрожжей, местообитаниями которых служат наземные субстраты, в первую очередь растения. Это мечниковия прекраснейшая и мечниковия Реукауфа (M. pulcherrima u M. reukaufii), известные ранее как нектарные дрожжи (Nectaromyces) или как аспорогенные дрожжи кандида (Candida pulcherrima).
Дрожжи этих видов обнаруживают в нектаре цветов (чаще M. reukaufii) или на поверхности листьев, плодов и фруктов (M. pulcherrima). Возможно, переносчиками их являются насекомые-опылители. Хотя жизненный цикл этих дрожжей в природе еще полностью не изучен, но по аналогии с водными обитателями можно предположить, что часть этого цикла (возможно, связанная с образованием спор) проходит в теле насекомых-переносчиков. Развитие этих дрожжей в чистых культурах в лабораторных условиях показано на рисунке 57. М. pulcherrima легко отличается от других дрожжей тем, что образует внеклеточный пигмент пульхерримин, окрашивающий среду (в присутствии железа) в кирпично-красный цвет.
Баллистоспоровые дрожжи рода спороболомицеты (Sporobolomyces) размножаются бесполым путем почкованием и отстреливающимися баллистоспорами почковидной формы (рис. 61). Колонии этих дрожжей имеют от бледно-розовой до ярко-красной окраски за счет синтезируемых каротиноидных пигментов (табл. 14). При посеве штрихом в чашку Петри дрожжи образуют на крышке зеркальное отражение этого штриха благодаря отстреливанию баллистоспор (рис. 60). В природе эти дрожжи обитают в составе эпифитной микрофлоры и особенно распространены на листовой поверхности культурных и диких злаков. С листьев дрожжи переходят на семена, где и перезимовывают, вновь заражая растения весной при прорастании семян. Их вредное действие на растения не доказано, они являются типичными сапрофитами, хотя численность их значительно увеличивается на слабых (увядающих или пораженных болезнью) растениях.
Несовершенные дрожжевые организмы, размножающиеся только вегетативным путем и не образующие баллистоспор, составляют разнородную группу, члены которой не имеют между собой близкого родства, а многие представители являются просто аспорогенными двойниками споровых дрожжей (все Kloeckera, многие из Torulopsis, Candida, Brettanomyces). В этой группе имеются роды дрожжей, которые размножаются почкованием (например, Torulopsis), почкующимся делением (Kloeckera, Schizoblastosporion), делением (Trichosporon) и образованием новых клеток на отростках, напоминающих иногда стеригмы (Sterigmatomyces, Sympod iomyces).
Имеются единичные указания на случаи заболевания растений под действием этих дрожжей. Однако чаще всего красные дрожжи ведут сапрофитный образ жизни, развиваясь как безвредные эпифиты на поверхности листьев.
Дрожжи-криптококки (Cryptococcus), подобно красным дрожжам, можно обнаружить в самых разнообразных местах, как в природе, так и в хозяйстве человека. Отдельные виды, однако, имеют более определенные местообитания и ограниченные ареалы распространения. Больше всего работ посвящено патогенному виду Cr. neoformans. Клетки этих дрожжей круглые, многосторонне почкующиеся, мицелия и псевдомицелия не образуют. С поверхности они одеты слизистой капсулой (рис. 61). В состав внеклеточных полисахаридов криптококков входит крахмал. Колонии имеют слизистую консистенцию и часто стекают по штриху на дно пробирки.
Вид Cr. laurentii, слабо образующий каротиноидные пигменты, от которых колонии в старых культурах приобретают розоватый или желтоватый оттенок (табл. 14), чаще всего обнаруживается среди эпифитных микроорганизмов на разных растениях, как древесных, так и травянистых. Такие виды криптококков, как белый (Cr. albidus), почвенный (Cr. terreus) и терриколюс (Cr. terricolus), постоянно обитают в почвах. Последний вид рассматривается как перспективный продуцент липидов.
Роды торулопсис (Torulopsis) и кандида (Candida) различаются между собой тем, что дрожжи кандида способны формировать мицелий и псевдомицелий. Дрожжи обоих родов имеют очень широкие границы и включают разнообразные виды, которые из-за отсутствия специфических характеристик не могут быть помещены в другой род аспорогенных дрожжей.
Особое внимание в последние годы кандида привлекли к себе тем, что дрожжи некоторых видов (С. guilliermondii, С. tropicalis, С. lipolytica) хорошо растут на углеводородах, синтезируя при этом много белка, липидов и других ценных веществ.
Семейство Спермофторовые (Spermophthoraceае) (И. И. Сидорова)
Гаплоидный мицелий гриба лишен перегородок либо немногочисленные перегородки делят его на крупные многоядерные клетки. Этот мицелий может образовывать почкующиеся клетки. На нем интеркалярно (вставочно по ходу гифы) образуются удлиненные спорангии, содержащие многочисленные (до 40) веретеновидные споры (рис. 62). Эти споры могут прорастать в новый гаплоидный мицелий, т. е. функционировать как споры бесполого размножения, но чаще они функционируют как гаметы, попарно копулируя и образуя зиготу. Из зиготы развивается ветвящийся диплоидный мицелий, состоящий из одноядерных клеток. На концах его гиф образуются шаровидные сумки, содержащие по восемь гаплоидных аскоспор.
Прорастая, аскоспоры снова дают начало гаплоидному неклеточному мицелию (рис. 62).
Эремотециум Эшби (Eremothecium ashbyi), также паразитирующий на коробочках хлопчатника, образует дихотомически ветвящийся мицелий ярко-желтого цвета, состоящий из многоядерных клеток. Окраска мицелия гриба обусловлена присутствием рибофлавина, который накапливается в нем в таких количествах, что выпадает в виде кристаллов в вакуолях. На мицелии образуются продолговатые многоспоровые спорангии с веретеновидными спорами. Оболочка спорангия после созревания лопается, споры освобождаются и прорастают не сливаясь, в отличие от предыдущего вида. На образовавшихся проростках развиваются сумки, содержащие от 4 до 32 аскоспор (рис. 63).
Рис. 63. Аскоспоры эремотециума Эшби (Eremothecium ashbyi)
В животноводстве используют концентраты рибофлавина или обогащенные им добавки к кормам. Для их получения продуцент выращивают на зерне или различных отходах пищевой промышленности. Субстрат при выращивании на нем гриба сохраняет свои пищевые качества и обогащается витамином, содержание которого доходит до 2-3 г на 1 кг сырья.
Для рода нематоспора (Nematospora) характерны восьмиспоровые сумки и веретеновидные двуклеточные аскоспоры с длинным придатком на одном конце (рис. 62). Мицелий у видов этого рода может почковаться.
Виды рода нематоспора паразитируют на различных растениях, вызывая гниль семян и мясистых частей плодов. Лещиновая нематоспора (N. coryli) вызывает гниль лесных орехов, а в последние годы обнаружена на фисташке в ряде стран Северной’ Африки и Азии, где причиняет большой ущерб. В республиках Средней Азии в 1967-1970 гг. она вызвала потери урожая фисташки до 30% (Н. В. Кутлунина). Гриб поражает семя, которое сначала темнеет, а затем сгнивает, покрываясь белым налетом аскоспор и почкующихся клеток гриба. Околоплодник не поражается, и орехи внешне выглядят здоровыми. Только расколов их, можно обнаружить признаки заболевания.
В культуре этот вид образует хорошо развитый мицелий и почкующиеся клетки. Диплоидизация происходит в результате слияния клеток мицелия или аскоспор, и зигота развивается в сумку сразу, или сначала из нее вырастают гифы, а на них образуются сумки. Смены поколений нет.
Спермофторовые представляют интересную группу низших аскомицетов, сочетающую примитивные признаки предков (неклеточный гаплоидный мицелий, образование спорангиев, смена поколений в цикле развития) с продвинутыми признаками аскомицетов (клеточный мицелий, образование сумок с фиксированным числом аскоспор). По увеличению продолжительности диплоидной фазы в цикле развития спермофторовые сходны с некоторыми сахаромицетами.
