Клеточная биология и физиология грибов

Клеточная биология и физиология грибов — это изучение того, как устроены грибковые клетки и как они поддерживают свою жизнедеятельность: клеточная стенка, богатая хитином и глюканом, плазматическая мембрана, содержащая эргостерол, метаболические пути, генерирующие энергию и строительные блоки, а также репродуктивные программы, производящие споры. Как эукариоты с отличительной химией поверхности, грибы отличаются как от бактерий, так и от клеток хозяина, и эти различия лежат в основе большей части медицинской микологии и противогрибковой фармакологии.

Definition

Клеточная биология и физиология грибов — это раздел микологии, изучающий архитектуру, биохимию и жизненные процессы грибковых клеток, включая клеточную оболочку, метаболические и энергетические пути, способы роста (дрожжевые и гифальные) и половое и бесполое размножение.

Scope

Эта область знакомит читателя со структурной и функциональной организацией грибковых клеток. Она объединяет три основных аспекта, подробно рассмотренных в ее темах: структура клеточной стенки и мембраны, метаболизм и производство энергии, а также размножение и образование спор. Она представляет их как справочную биологию, имеющую отношение к наукам о здоровье, и не является руководством по диагностике или лечению грибковых заболеваний.

Sub-topics

• Строение клеточной стенки и мембраны грибов
• Метаболизм грибов и производство энергии
• Размножение грибов и образование спор

Core questions

• Как организована клеточная оболочка грибов и чем она отличается от клеток хозяина?
• Как грибы получают углерод и энергию, и насколько гибко они переключаются между метаболическими режимами?
• Как грибы размножаются и распространяются, и какую роль играют споры?
• Какие особенности клеточной биологии грибов используются в качестве селективных мишеней для противогрибковых препаратов?

Key concepts

• Эукариотическая организация клетки у грибов
• Клеточная стенка из хитина и бета-глюкана
• Плазматическая мембрана, содержащая эргостерол
• Диморфизм (переход дрожжи-гифы)
• Апикальный (поляризованный) рост гиф
• Гибкость источников углерода и метаболическая адаптация
• Бесполое и половое размножение
• Споры и расселение
• Селективные противогрибковые мишени

Mechanisms

Грибковые клетки ограничены многослойной стенкой из хитина и бета-глюканов, связанных с маннопротеинами, которая обеспечивает форму и осмотическую защиту, а также плазматической мембраной, в которой эргостерол заменяет холестерин животных клеток. Энергия генерируется посредством гликолиза, цикла трикарбоновых кислот и окислительного фосфорилирования, при этом многие грибы способны переключаться между ферментативным и дыхательным метаболизмом и использовать альтернативные источники углерода. Рост происходит в виде почкующихся дрожжевых клеток или в виде поляризованных, апикально растущих гиф, а размножение происходит бесполым путем (например, почкованием или конидиогенезом) или половым путем после спаривания и мейоза, генерируя споры, которые распространяют организм.

Clinical relevance

Обобщенные здесь биологические особенности являются основой противогрибковой селективности: эргостерол и его синтез являются мишенями для азолов, полиенов и аллиламинов, в то время как синтез бета-глюкана является мишенью для эхинокандинов. Понимание клеточной стенки, мембраны, метаболизма и размножения, таким образом, информирует о том, как действуют классы противогрибковых препаратов и почему грибы могут сопротивляться им. Эта статья описывает биологию, имеющую отношение к наукам о здоровье, и не является источником диагностических или лечебных рекомендаций.

Evidence & guidelines

Содержание здесь отражает обзор и синтез учебников по клеточной биологии грибов, а не данные клинических испытаний; описательные и механистические утверждения основаны на современных обзорных статьях и стандартных учебниках по микологии.

History

Микология превратилась из описательной естественной истории в экспериментальную клеточную биологию в течение двадцатого века, поскольку микроскопия, биохимия, а затем и молекулярная генетика выявили химический состав клеточной стенки, эргостероловые мембраны, метаболические пути и репродуктивные циклы грибов. Появление модельных грибов, таких как Saccharomyces cerevisiae, Aspergillus nidulans и Neurospora crassa, а также параллельное развитие противогрибковых препаратов, использующих специфические для грибов структуры, закрепили современное представление, обобщенное в этой области.

Key figures

• Neil A. R. Gow
• Jean-Paul Latge
• Joseph Heitman

Seminal works

• gow-2017
• ni-2011
• alexopoulos-1996

Frequently asked questions

Чем грибковые клетки отличаются от клеток человека?

Грибы являются эукариотами, но они строят клеточную стенку, богатую хитином и глюканом, которой нет у клеток человека, а их мембраны используют эргостерол вместо холестерина. Эти различия позволяют противогрибковым препаратам действовать избирательно.

Почему клеточная биология грибов важна в медицине?

Основные классы противогрибковых препаратов нацелены на специфические для грибов структуры, такие как эргостерол и синтез бета-глюкана, поэтому понимание клеточной оболочки грибов, метаболизма и размножения объясняет, как действуют эти препараты и как возникает резистентность.