Caractere Generale ALE Fungilor

CARACTERE GENERALE ALE FUNGILOR

În prezent există aproximativ 70.000 de specii de fungi, deși unele statistici indică faptul că numărul lor este mult mai mare, ajungând la aproximativ 1,5 milioane de specii. Din totalul de 70.000 de specii menționate, mai puțin de 400 de specii prezintă importanță medicală, iar aproximativ 50 dintre acestea se află la baza infecțiilor fungice la om și la animale. Multe specii fungice sunt benefice atât pentru om, cât și pentru reciclarea și degradarea materiei organice. Astfel, fungii au un rol deosebit de important în natură, deoarece descompun materia organică și redau elementele biogene (C, H, O, N, S, P etc.) circuitului natural. Datorită complexității și diversității enzimelor pe care le secretă, potențialul degradativ al fungilor este foarte mare. Întregul regn fungi descompune toate categoriile de macromolecule specifice lumii vii precum: polizaharidele, acizii organici, ligninele, hidrocarburile aromatice și alifatice, zaharurile, alcoolii, aminoacizii, purinele, lipidele, proteinele, acizii nucleici. Descompunerea substratului necesită acțiunea cooperantă a mai multor specii de microorganisme (Chifiriuc și colab., 2011).

Procesul degradativ al fungilor conduce la producerea unor mari pierderi de fructe și a altor produse vegetale. De exemplu, fructele uscate sunt vulnerabile la acțiunea fungilor deoarece suprafața lor este bogată în glucide, iar furajele, dacă nu sunt păstrate în condiții corespunzătoare sunt supuse deteriorării.

Fungii sau micromiceții sunt bioentități microscopice, eucariote, uni sau pluricelulare, heterotrofe, care conțin chitină în peretele celular (Buiuc și Neguț, 2009).

Din punct de vedere economic, fungii prezintă o importanță deosebită atât prin potențialul lor distructiv, cât și prin bioindustria micologică (producerea antibioticelor, a acizilor organici, panificație etc.). De asemenea, levurile sunt utilizate în producerea industrială a băuturilor alcoolice de fermentație și în industria panificației, iar cornul secarei (Claviceps purpurea) este utilizat în producerea medicamentelor (Zarnea și Popescu, 2011).

Fungii paraziți sunt întâlniți în domeniul medical datorită frecvenței mari a infecțiilor micotice la om și la animale:

Pneumocystis – produce pneumonia la persoanele imunosupresate;

Ajellomyces – produce blastomicoza și histoplasmoza;

Cryptococcus – produce meningita la persoane imunodeprimate, etc.

Fungii patogeni pentru plante (ruginile, mălurile, tăciunii) constituie un domeniu cu implicații teoretice, dar în special în producția agricolă, deoarece culturile de cereale înregistrează pierderi economice semnificative (Madigan și colab., 2003). Fungii paraziți contaminează plantele prin: înțepăturile insectelor, stomate (deschiderile naturale) și invazia directă a epidermei.

Există unele ciuperci macroscopice comestibile, iar altele otrăvitoare, datorită toxinelor pe care le sintetizează. Printre cele comestibile, cele mai cunoscute și utilizate în domeniul gastronomic sunt: Morchella (zbârciogul) și Tuber (trufe).

Agaricus bisporus aparține macromicetelor și se cultivă în amenajări speciale.

Din grupul deuteromicetelor, cei mai importanți fungi aparțin genului Penicillium. Din acest gen, unii fungi sunt producători de penicilină. Alte specii (Penicillium roqueforti și Penicillium camemberti) confer savoarea și consistența moale a brânzeturilor de Roquefort și Camembert (Chifiriuc și colab., 2011).

Fungii patogeni pentru om trăiesc în sol și ajung în organism pe cale respiratorie, inhalarea lor realizându-se odată cu aerul. De la poarta de pătrundere, agentul infecțios se diseminează în organism și se instalează o infecție cronică, cu simptome diferite de la un organism la altul. Rar aceste infecții fungice au condus la decese.

Fungii microscopici prezintă următoarele caracteristici generale:

sunt strict aerobe;

se adaptează la condiții de viață foarte severe – sunt mult mai plastice decât alte microorganisme, prezentând rezistență la presiune osmotică ridicată și cresc pe substraturi cu mari concentrații de glucide pe care bacteriile nu le acceptă;

suportă variații mari de pH (până la valoarea 9) al mediului și cresc la concentrații înalte de acid, cu valoarea optimă de 5,6;

deși sunt rezistente condiții de deshidratare, absorb apa din mediu și din atmosferă;

temperatura optimă de creștere a fungilor este de 22-30 oC; ei pot crește și la 0 oC, însă și la 62 oC, în cazul fungilor termofili;

glucoza este zaharul metabolizat de toți fungii, iar sucroza, maltoza, amidonul și celuloza sunt metabolizate de mulți fungi filamentoși;

necesită P, Zn, Cu, Mg, Mo;

sunt foarte eficienți în conversia nutrienților în material celular; când nutrienții sunt în exces, fungi secretă diferite produse în mediul extracelular;

sursa de azot este amoniul, nitratul sau peptona (Chifiriuc și colab., 2011).

Cultivarea fungiilor se realizează în laborator pe medii naturale sau pe medii sintetice precum: Raulin, Sabourand, Czapek.

Primul stadiu în formarea unei colonii pe suprafața unui mediu solid îl reprezintă apariția unor filamente miceliene în masa substratului solid. Pe măsură ce hifele devin tot mai dense, încep să-și facă apariția hifele aeriene ale miceliului, ce poartă organele de înmulțire. Coloniile apar colorate datorită condiilor ce se formează în număr tot mai mare și care sunt colorate în cele mai dese cazuri, iar miceliul este, de regulă alb.

1.1. DIVERSITATEA FUNGILOR

Din multitudinea criteriilor de clasificare a fungilor, criteriul morfologic este cel mai cunoscut, fiind și cel mai agreat în domeniul medical. Acesta se bazează pe aspectul și structura părții asimilatoare a fungului – talul, permițând descrierea a trei grupări principale de micromiceți (Buiuc și Neguț, 2009):

Filamentoși (mucegaiurile) – microorganisme pluricelulare, cu talul compus din filamente tubulare, septate sau nu, cunoscute sub denumirea de hife; de obicei hifele sunt ramificate și aglomerate, formând miceliul – o masă filamentoasă cu aspect de vată; o parte a  hifelor  au  funcție vegetativă  patrunzând în profunzime (micelii rizoide )  absorbind substanțele nutritive și fixând fungul de mediu. Restul  hifelor  (de  obicei  hife  aeriene)  poartă  elementele de reproducere,  deci sunt hifele fertile. Printre fungii filamentoși se numără mucegaiurile (Penicillium, Mucor, Epidermophyton) (Lazăr, 2007);

Levuriformi (drojdiile) – microorganisme unicelulare, de formă rotundă sau alungită, ce se multiplică în principal prin burjeonare (burjeonul – denumit blastospor sau blastoconidie). Levurile formează un grup taxonomic heterogen, reproducerea lor realizându-se  asexuat,  cel  mai   frecvent   prin înmugurire,  și rar  prin  diviziune directă (realizând  asce   cu ascospori ).  Au proprietatea de a fermenta  mediile  bogate  în substanțe hidrocarbonate cu formarea de CO2. Levurilor le aparțin și genurile Saccharomyces și Candida. Levurile au, în general, forma sferică sau ovalară putând  prezenta un  polimorfism  accentuat. În funcție de specie se pot  întâlni  forme elipsoidale, triunghiulare, fuziforme. Dimensiunile levurilor sunt cuprinse între 1 și 20 milimicroni.

Fungi macroscopici (dismorfi ) care se întâlnesc atât în formă  filamentoasă, cât și în cea de levuri, în funcție de mediu: forma de levuri se găsește în țesuturile organismelor parazitate sau la 37˚C in vitro, iar forma filamentoasă apare când sunt cultivate la temperatura camerei sau la 30˚C, pe medii uzuale (Buiuc, 1998).

Din punct de vedere al aspectelor morfologice sesizabile prin microscopie există particularități în cazul fiecărie categorii de fungi filamentoși (Herlea, 1998):

Hife nepigmentate (hialine), neseptate, cu diametru neregulat la zygomicete;

Hife septate, hialine, care dau naștere unor organe cu rol de fructificare (corpi furctificanți), uneori pigmentate in vitro, niciodată in vivo;

Hife septate, pigmentate în brun, de regulă atât in vivo, cât și in vitro (fungi dematiacei) (Buiuc și Neguț, 2009);

Prezența sau absența stadiului sexuat în ontogenia fungilor, reprezintă un alt criteriu de clasificare a acestora. Acest criteriu nu prezintă prea mare importanță pentru micologia clinică, dar are o valoare deosebită în domeniul micologiei taxonomice. Sistematica micromiceților recunoaște o denumire de specie pentru forma asexuată (anamorfă) a unui fung și o altă dimensiune de specie pentru forma sexuată (teleomorfă) a aceluiași fung. Pornind de la acest criteriu s-a edificat taxonomia fungilor în ultima jumătate de secol (Lazăr și Cernat, 2011).

1.2. FUNGII FILAMENTOȘI (MUCEGAIURILE)

Numărul posibil al fungilor filamentoși este apreciat la aproximativ 250.000 de specii. Mucegaiurile de interes alimentar sunt structurate în 20 de genuri și aproximativ 1.000 de specii. Tipologizarea are la bază anumite criterii morfologice, de structură, caractere coloniale, pigmentogeneză, integrate cu date fiziologice și genetice. Mucegaiurile se întâlnesc în diviziunea EUMYCOTA, fiind micromicete cu plasmodium absent, frecvent și tipic filamentoase (denumite și fungi filamentoși pentru a fi diferențiați de drojdii – care sunt incluse în aceeași diviziune) și sunt grupate în subdiviziuni, clase, ordine și genuri, conform tabelului următor (Hawksworth și Eriksson, 1986).

Tabelul nr. 1 – Clasificarea selectivă a mucegaiurilor (Hawksworth și Eriksson, 1986).

Fig.1. Aspecte de microscopie optică ale conidiilor de Aspergillus niger (colorație albastru cotton, mărire 400x).

Fig. 2. Aspecte de microscopie optică ale conidiilor de Penicillium sp (mucegaiul verde-albăstrui, mărire 400x).

Fig. 3. Aspecte de microscopie optică ale conidiilor de Mucor mucedo (mucegaiul alb) (stânga) și Rhizopus nigricans (mucegaiul negru) (centru și dreapta) (mărire 400x).

Taxonomia fungilor

În opinia lui Burges, fungii din sol aparțin la peste 600 de specii repartizați astfel:

aproximativ 200 – Phycomycetes;

32 – Ascomycetes;

385 – Fungi imperfecti.

Opiniile sunt împărțite în ceea ce privește fungii din categoria Basidiomycetes, al căror număr ca specii este estimat de unii specialiști la ordinul zecilor și sutelor, iar de alții la un număr minim. Speciile de fungi din clasa Basidiomycetes se găsesc izolate rar în unele soluri, fiind importante în degradarea substanțelor organice. Acestea formează asociații de tipul micorizelor cu rădăcinile arborilor.

Speciile din clasa Ascomycetes prezintă o diversitate scăzută, fiind prezente invariabil și având un rol important în circulația biologică a elementelor din sol. Acestea folosesc diferiți compuși organici, inclusiv cei din structură complexă (celuloză, hemiceluloze, pectină etc.). În solurile bogate în substanțe organice, acestea sunt prezente în număr mult mai mare, tolerând limite largi de pH și putând fi găsite și în solurile foarte acide (pH 3,0), datorită lipsei de competitori (Zarnea, 1994).

Cea mai numeroasă clasă de fungi este cea a fungilor imperfecți (tabelul nr. 1)

Ecologia fungilor

Fungii din sol sunt microorganisme indigene sau alohtone care trăiesc liber sau în asociație cu rădăcinile plantelor.

Fungii din sol sunt răspândiți, în special, la suprafața solului în primii 10 cm, în litiera cu substanțe organice în curs de descompunere, în solurile cultivate, în cele forestiere, ca și în cele cu pH acid. Pătrunzând în structura solului, numărul lor scade la 30 cm de suprafața acestuia, iar la o adâncime mai mare de 100 de cm se întâlnesc din ce în ce mai rar.

În sol fungii se multiplică la adăugarea îngrășămintelor organice (precum gunoiul de grajd), ajungând în câteva luni de la adăugarea materiei organice adiționale la cote maxime.

Speciile întâlnite în profilul unui sol sunt diferite în funcție de adâncimea solului, aspect care de concentrația și natura compușilor.

Temperatura

Microorganismele sunt poikilotermice, de aceea temperatura acestora este asemănătoare cu cea a mediului. Temperatura influențează pocesele fiziologice ale celulei, întrucât stimulează sau inhibă activitatea echipamentului enzimatic. Ținând seama de temperaturile posibile ale mediului natural și ca rezultat, anumite specii prezintă temperaturi cardinale, precum:

Temperatura minimă – temperatura la care se mai pot înregistra creșteri, însă, dacă aceasta scade sub limita minimă, creșterea se stopează;

Temperatura optimă – temperatura la care rata specifică de creștere atinge cote maxime;

Temperatura maximă – temperatura la care creșterea este încă posibilă, însă prin depășirea acestui prag efectul devine letal (Zarnea, 1994).

Dezvoltarea fungilor necesită anumite condiții de umiditate, fapt demonstrat și experimental: pe măsură ce umiditatea solului crește spre valori optime, numărul unităților hifale crește progresiv, iar cel al sporilor regresează.

pH – ul

Ca grup, fungi sunt foarte toleranți la valori extreme de pH, limitele acestora fiind de la 2,0 la 9,0. Mai puțin tolerante sunt speciile individuale. Astfel, speciile patogene se dezvoltă numai în limite restrânse. Prezența fungilor în soluri foarte acide se datorează în mică măsură toleranței la valori scăzute de Ph, și cu precădere atunci când lipsesc competitor, deoarece bacteriile nu se pot dezvolta în condițiile respective (Buiuc și Neguț, 2008).

CAPITOLUL II

CARACTERE GENERALE ALE LEVURILOR (DROJDIILOR)

Levurile ocupă un loc important în istoria omenirii. De-a lungul timpului, niciun alt grup de microorganisme nu a fost mai intim asociat cu progresul și bunăstarea omenirii ca acestea. Importanța levurilor din mulțimea tuturor microorganismelor este una semnificativă, deoarece acestea sunt cultivate de om ca sursă de hrană și băutură (ajutând la dospirea pâinii, producerea de băuturi fermentate etc.). Drojdiile au avut o contribuție remarcabilă la progresul omenirii prin capacitatea acestora de a efectua o conversie eficientă și rapidă a zaharurilor în etanol și CO2, producându-se o fermentație alcoolică a lichidelor zaharate. O mare diversitate de drojdii sunt cunoscute ca fiind producătoare de etanol, un important metabolit primar utilizat atât ca băutură, cât și în diverse scopuri industriale.

În virtutea încadrării în trecut a tuturor organismelor în două regnuri (vegetal și animal), s-a afirmat deseori că drojdiile sunt cele mai vechi plante cultivate. Pe plan economic, drojdiile sunt încă cele mai importante microorganisme exploatate pe glob (Ion Anghel și colab., 1991).

Pe lângă aceste considerente de natură industrială, levurile prezintă numeroase avantaje pentru cercetările de inginerie genetică. În prezent, levurile s-au remarcat în biotehnologia modernă, fiind percepute ca ,,instrumente” de manipulare a genelor. Comparativ cu bacteria Escherichia coli, timp de mai mulți ani ,,vedeta” tehnicilor de inginerie genetică, drojdiile prezintă avantaje care au determinat utilizarea lor preferențială în asemenea tehnici, în vederea obținerii unor produse farmaceutice, producției de hormoni, interferoni, vaccinuri noi și preparate utilizate în industria alimentară (Anghel și colab., 1991).

Termenul de levuri (provenit din latinescul levere = a ridica) constituie efectul vizibil al acțiunii fermentative, și anume eliberarea sub formă de bule a unui gaz (CO2), care împinge în sus sedimentul (drojdia) format în lichidele în curs de fermentare sau provoacă afânarea și în volum a aluatului din făină și apă (din limba engleză leaven = drojdie, maia; din franțuzescul levain = aluat dospit). Denumirea de drojdie a purtat-o masa enormă de celule, rezultată în urma multiplicării organismelor de fermentație, pe seama sustratului nutritiv pe care-l constituie produsul fermentescibil (Anghel și colab., 1984).

Semnificația termenului levure din limba franceză și heben din germană este aceea de eliberare a CO2, în cursul fermentației, ceea ce conduce la formarea spumei de la suprafața lichidului.

Descrierea restrictivă a levurilor ca ,,microorganisme producătoare de zimază ce induce fermentația alcoolică a hidrocarbonatelor” este completată, într-un prim concept asupra levurilor, ca grup de fungi unicelulari, ce se reproduc prin înmugurire și se diferențiază de celelalte specii de fungi prin capacitatea lor de a realiza procesul de fermentare. Această noțiune corespunde drojdiilor folosite în industria fermentativă, domeniu inițial de vastă aplicabilitate a acestor organisme. La drojdiile utilizate în acest domeniu predomină forma unicelulară, în special în starea activă de dezvoltare, în care sunt menținute, de regulă, speciile de drojdii comerciale. În funcție de comportarea lor industrială, levurile sunt definite ca ,,drojdii cultivate, adevărate, sălbatice, de fermentație superioară sau inferioară”, această definiție nefiind semnificativă din punct de vedere taxonomic. Aceste definiții sunt confuze din punct de vedere industrial, deoarece o drojdie cultivată considerată dezirabilă în industria berii poate fi considerată în egală măsură, în domeniul panificației, o drojdie sălbatică (Ion Anghel și colab., 1984).

Alături de levurile descoperite prima dată în fermentațiile alcoolice, au fost găsite organisme foarte asemănătoare din punct de vedere morfologic, însă care se deosebesc de celelalte specii prin una sau mai multe proprietăți. Totuși, ceea ce a condus la denumirea generică de ,,drojdii” pentru toate aceste organisme a fost tocmai similaritatea celulelor vegetative tinere (Anghel și colab., 1984).

În identificarea drojdiilor, pe lângă criteriul morfologic (reproducerea sexuată și vegetativă, aspecte microscopice și macroscopice), s-au remarcat și criteriile de natură fiziologică (fermentația diferitelor zaharuri, asimilarea surselor de carbon și azot, necesarul de vitamine, temperaturi de creștere, producerea de acid lactic etc.) și biochimică (capacitatea de a degrada ureea, reacția Diazonium blue B) (Ghindea, 2008).

Această taxonomie convențională este considerată incompletă, generând erori uneori, de aceea se recurge la taxonomia moleculară ce permite o abordare filogenetică.

Întrucât taxonomia convențională nu poate oferi informații de natură filogenetică privind microorganismele caracterizate, ea are rol esențial în recunoașterea diferitelor specii, nu numai din categoria drojdiilor, dar și din categoria altor micro și macroorganisme. Identificarea levurilor prin tehnici de taxonomie clasică este de asemenea importantă în studiile de microbiologie industrială (Ghindea, 2008).

Este necesar ca atât taxonomia convențională, cât și cea moleculară să nu fie exclusive, ci să se completeze într-un domeniu denumit Taxonomie polifazică.

Implicarea levurilor în diverse procese industriale de importanță majoră în asigurarea nevoilor umane, presupune atât izolarea și identificarea polifazică a unor tulpini de drojdii din ecosistemele naturale, cât și testarea particularităților fiziologice, în scopul evidențierii unui posibil potențial biotehnologic al acestora.

2.1. DEFINIREA LEVURILOR (DROJDIILOR)

În accepțiunea lui Phaff, levurile sunt definite ca fungi care nu au capacitatea de aproduce spori asexuați aerieni distincți (conidii) și al căror ciclu vegetativ este reprezentat cel puțin parțial de celule unice, individuale (Phaff și colab., 1966).

Definiția cea mai larg acceptată a drojdiilor este cea dată de Kreger van Rij (1969) și Lodder (1970), în care drojdiile sunt definite ca miocroorganisme ce aparțin fungilor și la care forma unicelulară este predominantă. Această definiție permite mai multe interpretări pornind de la termenul ,,predominant” ce permite să fie considerate levuri numeroase organisme diferite, deoarece în anumite condiții de mediu mai multe de organisme pot adopta habitate asemănătoare drojdiilor (Anghel și colab.,1984) .

Levurile sunt reprezentate de microorganisme eucariote inferioare ce manifestă diversitate biologică și biochimică. În concepția actuală integratoare a termenului de microorganism, drojdiile aparțin microfungilor, împreună cu mucegaiurile, de care se disting prin forma lor obișnuită și dominantă unicelulară (Anghel și colab., 1991).

Flegel oferea în anul 1977 o definiție a drojdiilor, considerând că aceste organisme au forme asimilatoare de dezvoltare a fungilor, forme unicelulare care se reproduc prin înmugurire sau diviziune. În această definiție, termenul de drojdii este descriptiv, pentru morfologie și starea de dezvoltare a unui organism. Pentru asocieri filogenetice, Flegel consideră necesari termeni compuși ca: drojdii – ascomicete, drojdii – bazidiomicete și drojdii deuteromicete (Flegel, 1977).

Definiția dată levurilor de Flegel are avantajul aplicării precise a termenului de levuri pentru numeroase specii de fungi care în condiții adecvate sunt drojdii. Prin acceptarea acestei definiții, categoriei drojdiilor ,,tradiționale”, delimitat de Lodder în anul 1970, i s-ar adăuga o serie de grupe taxonomice inițial excluse. Fiind una dintre cele mai recente și acceptate definiții a levurilor, definiția lui Flegel este concludentă în sensul necesității resimțite de simplificare a complicațiilor de natură taxonomică intrinsecă, reflectând caracterul actual perfectibil al conceptului de levuri (Anghel și colab., 1984).

Levurile reprezintă o colecție eterogenă de microorganisme eucariote ce aparțin fungilor, și nu constituie un grup natural de organisme.

Terminologia de levuri este strâns legată de taxonomia grupului și cu poziția acestuia în lumea vie. Părerea unanimă în trecut conform căreia drojdiile aparținea regnului vegetal, îndreptățea teoria des întâlnită că drojdiile sunt cele mai vechi plante cultivate, în baza asocierii lor din cele mai vechi timpuri cu progresele și bunăstarea societății. Studierea microorganismelor în totalitate a impus revizuirea poziției lor taxonomice în lumea vie, și, implicit, considerarea levurilor ca grup de microorganisme eucariote (Zarnea și Herlea, 1974).

Poziția levurilor în diverse sisteme de clasificare a lumii vii corespunde în prezent poziției microorganismelor eucariote din clasa fungilor microscopici, care nu aparțin regnului plantelor, ci au un statut special (Zarnea, 1983).

2.2. CLASIFICAREA DROJDIILOR

Ca grup de microorganisme, levurile diferă de microalge, întrucât nu realizează fotosinteza și de protozoare prin peretele celular rigid. Drojdiile sunt ușor de diferențiat de bacterii datorită dimensiunilor lor relativ mari (raportul între suprafață și volum este foarte mare) și trăsăturilor morfologice (Anghel și colab., 1991). Pornind de la acest aspect, drojdiile nu formează nici în prezent un grup bine delimitat de microorganisme, nefiind o entitate taxonomică naturală, trăsătură specifică întregii lumi a microorganismelor.

Pe măsura evoluției cunoștințelor asupra drojdiilor a evoluat și semnificația conceptului de drojdii, de la utlizarea inițială cât mai limitată pentru organismele implicate în procesul de panificație, fabricarea berii și a vinului (Saccharomyces cerevisiae) la accepțiunea actuală. Din punct de vedere etimologic, termenul de ,,drojdii” reflectă activitatea fiziologică a organismelor desemnate. În anul 1947 Skinner definea drojdiile ca ,,fungi adevărați (Eumycota), a căror formă obișnuită sau dominantă este unicelulară”. O lungă perioadă de timp după emiterea acestei afirmații, termenul de ,,drojdii” a inclus specii unicelulare de Deuteromycetes (fungi imprfecți) care se reproduc.

În literatura de specialitate, unii cercetători au demonstrat că anumite bacterii de tip Basidiomycetes se pot dezvolta în culturi de laborator sub formă de celule care înmuguresc. Cei care lucrează cu drojdii au o părere unanimă despre drojdii – acestea sunt microorganisme eucariote, unicelulare care se reproduc prin înmugurire. Această particularitate este atribuită majorității drojdiilor, însă există și specii cu tendința de a forma miceliu, altele cu un tip special de diviziune celulară (fission), iar altele care poartă conidii și sterigme (Anghel și colab., 1991).

În multitudinea lor, toate drojdiile cunoscute până în prezent sunt unicelulare și majoritatea se reproduc prin înmugurire, și foarte rar prin diviziune (Sterigmatomyces și Schizosaccharomyces). Microorganismele care au calitatea de fungi unicelulare și se reproduc prin înmugurire sau diviziune acoperă o arie destul de largă a drojdiilor ascomicete și basidiomicete. Această funcție morfologică conduce la ideea că drojdiile pot reprezenta un stadiu în ciclul de viață al fungilor hifali multicelulari (Kreger van Rij și N.J.W., 1969).

Restrângerea termenului de drojdii la fungi care se reproduc predominant prin înmugurire conduc la unele complicații pornind de la dificultățile de interpretare a atributului predominant când luăm în considerare fungii dimorfici care au o fază de drojdie și una miceliană (tabelul nr. 2) (Flegel, 1977).

Tabelul nr. 2 – Manifestarea dimorfismului la fungi patogeni (Anghel și colab., 1991)

M* = faza miceliană; Y = faza de drojdie (celule unice)

O serie de fungi din Basidiomycetes se dezvoltă în stare haploidă, exclusiv în formă de drojdie, în ciuda faptului că faza dicariotică a ciclului de viață este exclusiv filamentoasă.

Ca grup de microorganisme, drojdiile nu constituie o entitate taxonomică, ci reunesc reprezentanți din cel puțin 3 clase ale fungilor adevărați, cu anumite trăsături caracteristice comune (Anghel și colab., 1991):

Drojdii ascosporogene (Ascomycotina sau Ascomycetes):

Genul Arxiozyma – specia telluris;

Genul Clavispora – speciile: imtechensis, lusitaniae, opuntiae (formele anamorfe ale speciilor genului Clavispora fac parte din genul Candida);

Genul Debaryomyces – speciile: carsonii, castelli, coudertii, etchellhansenii, marama, accidentalis, nepalensis, polymorphus, robertsiae, yamadae (formele anamorfe ale speciilor genului Debaryomyces fac parte din genul Candida);

Genul Galactomyces – speciile: citri-aurantii, geotrichium, ressi formele anamorfe ale speciilor genului Galactomyces fac parte din genul Geotrichum);

Genul Issatchenkia – speciile: hanoiensis, occidentalis, orientalis, scutulata (formele anamorfe ale speciilor genului Issatchenkia fac parte din genul Candida);

Genul Klyveromyces – speciile: aestuarii, africanus, baclillisporus, blattae, delphensis, dobzhanskii, lactis, lodderae, marxianus, nonfermentans, piceae, polysporus, sinensis, thermotolerans, waltii, wickehamii, yarrowii (formele anamorfe ale speciilor genului Klyveromyces fac parte din genul Candida);

Genul Pichia – speciile: anomala, carsonii, ciferrii, etchellsii, guilliermondii, kluyveri, membranifacieus, norvegensis, ohmeri, onychis, pastoris, wickerhamii, xylosa, zsoltii (formele anamorfe ale speciilor genului Pichia fac parte din genul Candida);

Genul Saccharomyces – specia: cerevisiae (forma anamorfă a speciei genului Saccharomyces face parte din genul Candida – Candida robusta);

Genul Yarrowia – specia: lipolytica (forma anamorfă a speciei genului Yarrowia fac parte din genul Candida – Candida lipolytica);

Genurile de levuri care cuprind formele anamorfe ale speciilor mai sus-enumerate sunt reprezentate de (Buiuc și Neguț, 2009):

Genul Candida;

Genul Blastoschizomyces;

Genul Geotrichum.

Drojdii basidiosporogene (Basidiomycotina sau Basidiomycetes) (Buiuc și Neguț, 2009):

Genul Cryptococcus – cuprinde specii de interes medical precum: C. adeliensis, C. albidus, C. ater, C. curvatus, C. humicola, C. laurentii, C. macerans, C. neoformans;

Genul Malassezia – întâlnite în tegumentul omului și al animalelor; specii: dermatis, furfur, globosa, japonica, nana, obtusa, pachydermatis, restricta, sloofiae, sympodialis, yamatoensis;

Genul Rhodotorula – cuprinde peste 30 de specii de levri asexuate, unele chiar cu importanță medicală (R. glutinis, R. minuta, R. mucilaginosa);

Genul Sporobolomyces – cuprinde formele anamorfe ale speciilor genului Sporidiobolus și se caracterizează prin prezența balistocoidiilor; specia cea mai cunoscută, implicată în patologia asociată SIDA este Sporonbolomyces salmonicolo, forma anamorfă a speciei Sporidiobolus johnsonii;

Genul Trichosporon – cuprinde peste 25 de specii, unele fiind implicate în infecții (T. asahii, T. asteroides, T. cutaneum, T. inkin, T. mucoides, T. ovoides) sau fenomene alergice (T. domesticum, T. montevideense, T. mucoides);

Drojdii imperfecte (Deutermycotina sau Deuteromycetes).

Caracterizarea și clasificarea organismelor vii constituie un obiectiv major al tuturor ramurilor științelor biologice.

Atâta timp cât un organism este bine caracterizate există posibilitatea comparării lui cu alte organisme, evidențiindu-se asemănările și deosebirile dintre ele și stabilindu-se un sistem de grupare a specimenelor înrudite, ținându-se cont de caracteristicile asemănătoare, ulterior fiind considerat o categorie taxonomică și atribuindu-i-se o denumire (Anghel și colab., 1991).

2.2.1. Biodiversitatea levurilor

Noțiunea de biodiversitate face referire la diversitatea organismelor vii din toate mediile naturale și complexele ecologice, incluzând diversitatea intraspecifică, interspecifică și de la nivelul ecosistemelor.

Biodiversitatea drojdiilor (levurilor) este un domeniu extrem de larg ce cuprinde identificarea și clasificarea acestora, emițând mereu noi date și ipoteze. Tulpinile de drojdii sunt grupate în specii, care, la rândul lor sunt grupate în genuri atunci când speciile prezintă caractere comune, iar grupurile de genuri formează familii înglobate în ordine, iar ordinele în clase. Taxonii superiori sunt întâlniți prin sub diverse denumiri la care se adaugă sufixe standard precum: – aceae pentru familii și –ales pentru ordine (Csutak, 2014).

Drojdiile sunt clasificate în funcție de prezența sau absența procesului de sexualitate, precum și în funcție de mecanismele acestuia, astfel:

teleomorfe: ascomicete (Ascomycotina), basidiomicete (Basidiomycotina) – cuprind specii cu înmulțire sexuată;

anamorfe: deuteromicete (fungi imperfecți) ce cuprind specii cu înmulțire asexuată (Anghel și colab., 1991).

Există și cazuri în care unei specii îi sunt cunoscute și descrise atât forma teleomorfă cât și cea anamorfă, specia rezultată din combinație fiind cunoscută sub denumirea holomorfă. Pentru a limita denumirea unei specii de drojdii la un singur nume, s-a convenit că în cazul unei specii anamorfe ce aparține unui gen inclus într-o clasă teleomorfă, aceasta să fie denumită după genul teleomorf (Kurtzman și colab., 2011).

În anul 1950 a apărut primul compendiu referitor la drojdii ce cuprindea aproximativ 160 de specii, număr care a ajuns la 349 în anul 1970, iar apoi la aproape 500 în anul 1984 datorită utilizării tehnicilor de identificare fundamentate pe studiul caracterelor fiziologice ale drojdiilor. În anul 1998, în lucrarea remarcabilă ,,The yeasts, a taxonomic study” a lui F. Kurtzman și J. Fell s-au menționat peste 700 de specii de drojdii cuprinse în 100 de genuri, pentru ca în anul 2011, aceiași autori să descrie 1500 de specii de drojdii și 149 de genuri (Csutak, 2014).

În prezent există informații utile privind biodiversitatea levurilor, acestea fiind completate cu anumite caracteristici morfo – fiziologice, structură și funcții ale genomului speciilor cunoscute. Aceste informații se pot găsi și pe diverse site-uri a numeroase colecții, organisme și organizații internaționale.

2.3. MORFOLOGIA LEVURILOR

Celula eucariotă de levură se deosebește puțin de celula animală; de celula vegetală se diferențiază prin absența cloroplastelor și a învelișului celulozic. Cunoașterea organizării arhitecturale complexe a celulei de drojdie este utilă pentru înțelegerea potențialului funcțional al diferitelor componente. Unele structuri subcelulare se pot vizualiza cu ajutorul microscopului fotonic (nucleu, mitocondrii, vacuole, perete celular, citozol), în timp ce ultrastructurile (membrana citoplasmatică, reticulul endoplasmatic, aparatul Golgi ș.a.) au putut fi observate doar cu microscopul electronic (Bălăucă și Atudosiei, 2004).

Structura celulară a levurilor este reprezentată de:

Peretele celular – ce reprezintă aproximativ o pondere de 5-15 % din biomasa uscată de drojdie. Peretele celular are aspect laminar și este compus din 2-3 straturi. Stratul extern prezintă o suprafață rugoasă iar în anumite zone prezintă așa-numitele cicatrice mugurale, locul de desprindere a celulelor rezultate prin înmugurire. Stratul intern prezintă o suprafață ornamentată cu riduri proeminente, alcătuite din fibre constituite din molecule liniare de glucan. Peretele celular are rol important în asigurarea formei celulei și protejarea acesteia de factorii externi ai mediului. Unele specii de levuri au celula înconjurată de o capsulă polizaharidică;

Plasmalema (membrana citoplasmatică) constituie un strat lamelar care delimitează protoplastul la exterior. Plasmalema este o structură de natură lipoproteică în care lipidele reprezintă 23-30%, iar proteinele (glicoproteine) 30-33% din masa nativă a membranei. Plasmalema găzduiește complexele multienzimatice cu rol în biosinteza poliglucidelor din peretele celular. Plasmalema reprezintă o structură dinamică în care se realizează importante funcții ale celulei vii, având rol de barieră osmotică, cu permeabilitate selectivă ce reglează transferul de substanțe nutritive necesare în celulă pentru a fi metabolizate, precum și eliminarea de cataboliți, iar prin sistemele enzimatice, active la acest nivel. Totodată, plasmalema are un rol esențial și în reglarea procesului de creștere și înmulțire (Bălăucă și Atudosiei, 2004);

Citoplasma (citosolul) reprezintă o materie fundamentală a celulei vii care are în componența sa organitele subcelulare specifice. Citoplasma este un sistem coloidal cu un conținut de 75-85 % apă, în care substanțele înglobate se află sub formă de sol sau gel, formând miceliile coloidale. Citoplasma interacționează permanent cu: nucleul, mitocondriile, aparatul Golgi și sistemul vacuolar;

Nucleul este „spațiul" genetic în care are loc stocarea, transmiterea și replicarea informației celulare. Nucleul este dilimitat de o membrană proprie și conține mai mulți cromozomi. În funcție de specie, în timpul diviziunii celulare, ADN-ul nuclear se divide în 2 sau mai mulți cromozomi (Bălăucă și Atudosiei, 2004);

Mitocondriile ocupă până la 25 % din volumul citosolului. Oxidarea acizilor în care sunt localizate enzime de catabolism, implicate în ciclul Krebs. O celulă poate conține 10-50 mitocondrii (Ghindea, 2008);

Sistemul vacuolar cuprinde un vacuom central delimitat de o membrană (tonoplast) cu o structură electrono- microscopică similară plasmalemei și alte câteva vacuole de dimensiuni mai mici amplasate în locuri diferite în citoplasma sau tangente la vacuomul central. Vacuolele conțin o cantitate mare de apă și îndeplinesc funcții importante în reglarea presiunii și în menținerea stabilității chimice a citosolului;

Reticulul endoplasmatic face legătura între nucleu și vacuom și reprezintă o rețea de vezicule – cisterne interconectate, caracterizate printr-o mare plasticitate morfologică;

Aparatul Golgi reprezintă un sistem de endomembrane, compus din unități funcționale – dictiozomi, care face legătura între reticulul endoplasmatic și plasmalemă. Veziculele Golgi sunt privite adesea ca aparatul de sortare și dirijare a proteinelor și componentelor membranare către locul lor de destinație; au rol în expansiunea peretelui celular (Herlea, 1972);

Ribozomii sunt reprezentați de particule nucleoproteice implicate în sinteza proteinelor celulare, răspândiți în citosol – citoribozomi, liberi sau în asociații de 5-6 ribozomi (polizomi);

Lizozomii se prezintă sub forma unor structuri veziculare bogate în enzime (fosfataze, proteaze, lipaze ș.a)., cu rol în digestia unor compuși ai celulei vii care nu mai funcționează eficient (Bălăucă și Atudosiei, 2004);

Peroxizomii sunt structuri sferice cu membrană simplă și o matrice pe care sunt localizate oxidaze, având rol în adaptarea celulei de drojdie la condiții aerobe.

2.4. FIZIOLOGIA LEVURILOR

O proprietate importantă a unor levuri cu importanță în industria alimentară este aceea de a fermenta în condiții de anaerobioză, glucide (hexoze, diglucide, triglucide) cu formare de alcool etilic, dioxid de carbon și produse secundare care dau aroma caracteristică produselor fermentate. În condiții de aerobioză, drojdiile asimilează glucidele transformându-le prin respirație în CO2 și H2O, iar energia eliberată favorizează creșterea și înmulțirea celulelor. În funcție de temperatură, majoritatea drojdiilor industriale sunt mezofile (temperatura optimă 25…30°C). Există și specii de tulpini psihrotrofe ce se pot dezvolta și multiplica bine la temperaturi de refrigerare până la +5°C și chiar la valori ușor negative, ele având o mare importanță la conservarea alimentelor la +4°C (Anghel și colab., 1991).

Drojdiile se dezvoltă bine într-un domeniu larg de pH al mediului, cu valori limită între 2,5 și 8,5 și un pH optim cuprins între 4,5 și 6,5. Celulele de drojdie, ca și alte celule, reacționează activ la presiunea osmotică dată de concentrația substanțelor dizolvate în mediul în care se află suspendate. Dacă mediul este hipotonic, cu o concentrație a substanțelor dizolvate mai mică decât concentrația intracelulară, apa va pătrunde în celula care își mărește volumul, iar dacă această stare de turgescență se prelungește, celula suferă deteriorări fizice ireversibile (Ghindea, 2008).

2.5. REPRODUCEREA LEVURILOR

Modalitatea generală de reproducere a levurilor este înmugurirea vegetativă (calea asexuată), care are la bază un proces simplificat de mitoză, când din celula mamă se formează noua celulă, identică din punct de vedere genetic. Unele drojdii au capacitatea de a se înmulți nu numai prin înmugurire, ci și prin spori; sporularea este condiționată genetic, are loc în anumite condiții de mediu și are la bază procesul de meioză. Reproducerea prin sporulare la drojdii poate avea loc pe cale asexuată din/în celula vegetativă sau pe cale sexuală prin procese de copulare (conjugare) între celule diferențiate (Bălăucă și Atudosiei, 2004).

2.6. IMPLICAREA LEVURILOR (LEVURILOR) ÎN

PATOLOGIA INFECȚIOASĂ ACTUALĂ

Limita dintre patogen și nepatogen este foarte greu de precizat, deoarece levurile considerate nepatogene cu ani în urmă, astăzi sunt recunoscute ca agenți patogeni în cazul gazdelor imunocompromise.

Apariția conflictului între levuri și gazdă este favorizată de o mulțime de factori endogeni sau exogeni, care fie induc gazdei o stare de imunosupresie, sau modifică în sens cantitativ raportul existent între levuri și celelalte categorii de microorganisme (Rose A.H., 1975)

Printre factorii favorizanți endogeni ai levurilor, se întâlnesc: vârsta (nou născuți prematuri și persoanele vârstnice) și stările fiziologice particulare (graviditatea). Factorii favorizanți exogeni sunt reprezentați de (Buiuc și Neguț, 2009):

corticoterapia;

terapia imunosupresoare post-transplant;

antibioticoterapia/ profilaxia cu spectru larg;

intubația endotraheala prelungită;

dispozitivele protetice amovibile;

radioterapia;

alcoolismul;

toxicomania.

Mai rar, levurile se pot întâlni în produsele patologice primite în laboratorul clinic în urma: contaminării probei prin manevre defectuoase în cursul prelevării, colonizării cu levuri a unor suprafețe (tegument, mucoase) sau cavități, infecțiilor cu aceste microorganisme.

Atunci când se prelevează din situsuri normal sterile, prezența levurilor indică infecție, dacă s-au luat toate măsurile de prevenire a contaminării în timpul recoltării.  În cazul probelor provenite din situsuri nesterile, cu microbiota proprie, coroborarea datelor clinice, epidemiologice și de laborator este absolut necesară pentru interpretarea semnificației clinice a levurilor (Buiuc și Neguț, 2009).