De penseelschimmel, Penicillium

Bijna iedereen kent de Penicillium schimmel als producent van het antibiotica penicilline. Deze bodemschimmels spelen ook een belangrijke rol bij de bereiding van voedsel en bij voedselbederf.

5 december 2017

Schimmels die sinaasappels groen kleuren, kazen blauwe aderen geven of appels bruin laten wegrotten, behoren tot het geslacht Penicillium. Deze naam introduceerde botanist Johann Heinrich Friedrich Link in 1809 terwijl hij een drietal soorten beschreef: de witschimmel Penicillium candidum, de groenschimmel Penicillium expansum en de blauwschimmel Penicillium glaucum. De soorten die Link beschreef, produceren gekleurde sporen in structuren die lijken op een penseelkwastje (penicillatis in Latijn), en daarom wordt deze groep van schimmels ook wel penseelschimmels genoemd. Momenteel zijn er meer dan 300 Penicillium soorten beschreven.

Penicilline

In de wetenschap heeft Penicillium altijd veel aandacht gekregen omdat deze schimmels overal voorkomen en grote impact hebben op ons dagelijks leven. Zo komen ze bijvoorbeeld voor in de grond van koude en gematigde klimaten, waar ze organisch (planten)materiaal afbreken. Penicillium kreeg ook veel aandacht omdat ze antibacteriële stoffen vormen. Alexander Fleming ontdekte in 1928 dat de schimmel Penicillium rubens (voorheen P. ruber, P. notatum en P. chrysogenum genoemd) in staat is groei van de ziekteverwekkende bacterie Staphylococcus aureus te remmen. De stof die verantwoordelijk was voor de groeiremming noemde hij later penicilline.

Fleming’s ontdekking van penicilline hangt samen met een aantal toevalligheden. Fleming werkte als microbioloog in St. Mary’s Hospital in Londen en moest na zijn zomervakantie nog zijn laboratorium opruimen. Op één van de voedingsbodems die hij wilde weggooien, zag hij een heldere zone (remmingszone) waarin geen bacteriegroei aanwezig was rondom een schimmelkolonie (toevalligheid 1). Deze schimmel (Penicillium rubens) was een ongewenste contaminant in zijn bacteriecultuur (toevalligheid 2) en was ook nog eens een goede penicillineproducent (toevalligheid 3). Bij een temperatuur boven de 20°C (kamertemperatuur) had deze schimmel niet kunnen uitgroeien, omdat de bacterie S. aureus bij deze temperatuur sneller groeit dan de schimmel P. rubens en de voedingsbodems dus sneller ‘koloniseert’.

De temperatuur van Fleming’s laboratorium was tijdens zijn zomervakantie voldoende laag geweest zodat de P. rubens contaminant wel tot wasdom had kunnen komen (toevalligheid 4). Hoewel er verschillende toevalligheden aan vooraf gingen, is het niet toevallig dat juist Fleming deze ontdekking heeft gedaan. Hij had belangstelling voor bacterieremmende stoffen en had eerder al lysozym in traanvocht ontdekt, een enzym dat groei van bepaalde bacteriën remt.

Door problemen met de stabiliteit en het opzuiveren van de penicilline uit het kweekmedium, duurde het tot het begin van de jaren veertig van de vorige eeuw voordat grotere hoeveelheden geïsoleerd werden. Door de Tweede Wereldoorlog kwam onderzoek naar penicilline in een stroomversnelling en hebben ongeveer 100.000 gewonde soldaten in die periode het ‘wondermedicijn’ toegediend gekregen. Naast penicilline worden ook andere actieve componenten door Penicillium gemaakt, waaronder het antischimmelmiddel griseofulvine (door P. griseofulvum), het immunosuppressivum mycofenolzuur (door P. brevicompactum) en het antiwormmiddel paraherquamide (Penicillium sp).

Een elektronenmicroscopische foto van Penicillium. Links in zijn geheel en rechts een close-up van het penseelvormige hoofd vol sporen. — Scanning elektronenmicroscopische foto van *Penicillium*, in zijn geheel en een close-up van het penseelvormige hoofd vol sporen. Aanvankelijk zijn de sporen wit en kleuren vervolgens blauw, zoals goed te zien is op citrusvruchten.
Jan Dijksterhuis, Westerdijk Instituut, Utrecht

Levensmiddelen

Veel Penicillium soorten zijn bekende bederforganismen van voedsel. Vaak is een sterke associatie tussen het product en de schimmelsoort aanwezig. Schimmelplekken op sinaasappels worden altijd (!) door Penicillium italicum (blauw-groene plekken), Penicillium digitatum (olijf-bruine plekken) of Penicillium ulaiense veroorzaakt. Andere Penicillium soorten zijn niet in staat om rot in citrusvruchten te bewerkstelligen. Ook de bruine zachte plekken op appels worden bijna uitsluitend door Penicillium veroorzaakt (meestal P. expansum, soms o.a. P. crustosum, P. solitum). Penicillium roqueforti is ook een belangrijk bederforganisme van onder andere roggebrood en andere bakkerijproducten.

De aanwezigheid van deze schimmels op levensmiddelen is ook een voedselveiligheidskwestie omdat ze giftige stoffen (mycotoxines) kunnen vormen. Bekende mycotoxines zijn patuline in appelsap (P. expansum), ochratoxine A in granen en worsten (P. verrucosum, P. nordicum) en citrinine in granen en vruchten (P. citrinum, P. verrucosum, P. expansum).

Sommige soorten hebben een positieve toepassing in voedselfermentatie. De bekendste voorbeelden zijn Penicillium camemberti en Penicillium roqueforti die worden gebruikt voor de productie van Brie en Roquefort kazen. Maar ook op de witte buitenzijde van gefermenteerde worsten, zoals salami, is schimmelmateriaal (Penicillium nalgiovense) aanwezig.

De oranje schimmel Penicillium maximae, vernoemd naar onze Koningin Maxima. — De oranje gekleurde schimmel *Penicillium maximae* is vernoemd naar onze Koningin Maxima. De hele koninklijke familie heeft inmiddels een schimmel op naam, zo is er een *P. vanoranjei*, *P. amaliae*, *P. alexiae* en een *P. arianeae*.
Wim van Egmond, micropolitan.org

Uit de grond

Het grootste deel van de nu bekende Penicillium soorten zijn afkomstig uit grond. Daar zijn ze ook gemakkelijk uit te isoleren. Dit blijkt onder meer uit het citizen science-project op het Westerdijk Instituut. In dit project hebben kinderen en families grond uit de eigen tuin verzameld, opgestuurd en vervolgens zijn deze monsters op de aanwezigheid van nieuwe schimmels onderzocht.

Meestal werden bekende Penicillium soorten in de grondmonsters aangetroffen. Maar ook enkele nieuwe soorten zijn ontdekt en vernoemd naar de inzender, zoals Penicillium vankrimpenii die gevonden is in grond afkomstig van de familie Van Krimpen. Dit laat zien dat de schimmeldiversiteit zelfs in Nederland, waar al veel diversiteitsstudies zijn uitgevoerd, nog niet volledig bekend is. Ook andere diversiteitsonderzoeken laten zien dat nog veel soorten te ontdekken zijn. Mogelijk dat die op hun beurt weer een bijdrage kunnen leveren aan de ontdekking van nieuwe antibiotica of andere bioactieve stoffen en zo soelaas bieden voor de bestrijding van bacteriën die resistent zijn tegen de huidige antibiotica.

Dit artikel is een publicatie van Stichting Biowetenschappen en Maatschappij