Biology 2e
On september 26, 2021 by adminLearning Objectives
Aan het einde van dit deel ben je in staat om het volgende te doen:
- Het belang van schimmels voor het evenwicht van het milieu kunnen beschrijven
- De rol van schimmels in de landbouw en bij de bereiding van voedsel en dranken kunnen samenvatten
- Het belang van schimmels in de chemische en farmaceutische industrie kunnen beschrijven
- Het belang kunnen beschrijven van schimmels in de chemische en farmaceutische industrie
- Discussieer de rol van schimmels als modelorganismen
Hoewel we vaak aan schimmels denken als organismen die ziektes veroorzaken en voedsel doen rotten, zijn ze op vele niveaus van vitaal belang voor het menselijk leven. Zoals we hebben gezien, beïnvloeden schimmels op grote schaal het welzijn van de menselijke bevolking omdat ze deel uitmaken van de voedingsstoffencyclus in ecosystemen. Ze spelen ook een rol in andere ecosystemen. Als dierlijke ziekteverwekkers helpen schimmels de populatie van schadelijk ongedierte onder controle te houden. Deze schimmels zijn zeer specifiek voor de insecten die ze aanvallen, en infecteren geen dieren of planten. Schimmels worden momenteel onderzocht als potentiële microbiële insecticiden, en er zijn er al verschillende op de markt. Zo wordt de schimmel Beauveria bassiana getest als een mogelijk biologisch bestrijdingsmiddel tegen de recente verspreiding van de smaragdbladige essenboorder, een kever die zich voedt met essenbomen. De schimmel is uitgezet in Michigan, Illinois, Indiana, Ohio, West Virginia en Maryland ((Figuur)).
De mycorrhizale relatie tussen schimmels en plantenwortels is essentieel voor de productiviteit van landbouwgrond. Zonder de schimmelpartner in wortelsystemen zou 80-90 procent van de bomen en grassen niet overleven. Mycorrhizale schimmelinoculanten zijn verkrijgbaar als bodemverbeteraars in tuinwinkels en worden gepromoot door voorstanders van biologische landbouw.
We eten ook sommige soorten schimmels. Paddenstoelen spelen een belangrijke rol in het menselijke dieet. Morieljes, shiitake paddestoelen, cantharellen en truffels worden beschouwd als delicatessen ((Figuur)). De nederige weidepaddenstoel, Agaricus campestris, komt in veel gerechten voor. Schimmels van het geslacht Penicillium rijpen veel kazen. Ze vinden hun oorsprong in de natuurlijke omgeving zoals de grotten van Roquefort, Frankrijk, waar wielen schapenmelkse kaas worden opgestapeld om de schimmels te vangen die verantwoordelijk zijn voor de blauwe aders en de scherpe smaak van de kaas.
Gisting – van granen om bier te produceren, en van vruchten om wijn te produceren – is een oude kunst die de mens in de meeste culturen al millennia beoefent. Wilde gisten worden uit de omgeving gehaald en gebruikt om suikers onder anaërobe omstandigheden te vergisten tot CO2 en ethylalcohol. Het is nu mogelijk geïsoleerde stammen van wilde gisten uit verschillende wijnbouwgebieden te kopen. Louis Pasteur speelde een belangrijke rol bij de ontwikkeling van een betrouwbare stam van biergist, Saccharomyces cerevisiae, voor de Franse brouwerij-industrie aan het eind van de jaren 1850. Dit was een van de eerste voorbeelden van biotechnologische octrooiering.
Vele secundaire metabolieten van schimmels zijn van groot commercieel belang. Antibiotica worden op natuurlijke wijze door schimmels geproduceerd om de groei van bacteriën te doden of te remmen, waardoor hun concurrentie in het natuurlijke milieu wordt beperkt. Belangrijke antibiotica, zoals penicilline en de cefalosporines, worden uit schimmels geïsoleerd. Waardevolle geneesmiddelen die uit schimmels zijn geïsoleerd zijn onder meer het immunosuppressieve geneesmiddel cyclosporine (dat het risico van afstoting na orgaantransplantatie vermindert), de precursors van steroïdhormonen en moederkorenalkaloïden die worden gebruikt om bloedingen te stoppen. Psilocybine is een verbinding die wordt aangetroffen in schimmels zoals Psilocybe semilanceata en Gymnopilus junonius, die al duizenden jaren door verschillende culturen worden gebruikt vanwege hun hallucinogene eigenschappen.
Als eenvoudige eukaryote organismen zijn schimmels belangrijke modelorganismen voor onderzoek. Veel vooruitgang in de moderne genetica werd geboekt door het gebruik van de rode broodschimmel Neurospora crassa. Bovendien dienden vele belangrijke genen die oorspronkelijk in S. cerevisiae werden ontdekt, als uitgangspunt voor de ontdekking van analoge menselijke genen. Als eukaryotisch organisme produceert en wijzigt de gistcel eiwitten op een vergelijkbare manier als menselijke cellen, in tegenstelling tot de bacterie Escherichia coli, die niet beschikt over de interne membraanstructuren en enzymen om eiwitten te taggen voor export. Dit maakt gist een veel beter organisme voor gebruik in experimenten met recombinant-DNA-technologie. Net als bacteriën groeien gisten gemakkelijk in cultuur, hebben ze een korte generatietijd en zijn ze vatbaar voor genetische modificatie.
Samenvatting van het hoofdstuk
Schimmels zijn belangrijk voor het dagelijks leven van de mens. Schimmels zijn belangrijke decomposers in de meeste ecosystemen. Mycorrhizaschimmels zijn essentieel voor de groei van de meeste planten. Als voedsel spelen schimmels een rol in de menselijke voeding in de vorm van paddenstoelen, en ook als agentia van fermentatie bij de productie van brood, kazen, alcoholische dranken, en tal van andere voedselbereidingen. Secundaire metabolieten van schimmels worden gebruikt als geneesmiddelen, zoals antibiotica en anticoagulantia. Schimmels zijn modelorganismen voor de studie van eukaryotische genetica en metabolisme.
Vragen
Gist is een facultatieve anaerobe. Dit betekent dat alcoholgisting alleen plaatsvindt als:
- de temperatuur dicht bij 37°C ligt
- de atmosfeer geen zuurstof bevat
- suiker aan de cellen wordt verstrekt
- licht aan de cellen wordt verstrekt
B
Het voordeel van gistcellen ten opzichte van bacteriële cellen om menselijke eiwitten tot expressie te brengen is dat:
- gistcellen groeien sneller
- gistcellen zijn gemakkelijker genetisch te manipuleren
- gistcellen zijn eukaryotisch en wijzigen eiwitten op vergelijkbare wijze als menselijke cellen
- gistcellen zijn gemakkelijk te lyseren om de eiwitten te zuiveren
C
Waarom zijn schimmelinsecticiden een aantrekkelijk alternatief voor chemische bestrijdingsmiddelen voor de teelt van voedselgewassen?
- Menselijke consumptie van schimmelinsecticiden zou een persoon niet ziek maken, maar inname van chemische bestrijdingsmiddelen kan schadelijk zijn voor mensen.
- Een enkel schimmelinsecticide zou een grotere verscheidenheid aan insecten doden dan een chemisch bestrijdingsmiddel.
- Schimmelinsecticiden kunnen zowel schadelijke insecten als plantpathogenen elimineren, terwijl chemische bestrijdingsmiddelen alleen insecten doden.
- Schimmelinsecticiden zullen afstervende planten afbreken, waardoor het stikstofgehalte van de bodem toeneemt, terwijl chemische pesticiden geen afbrekers zijn.
A
Kritische denkvragen
Historisch gezien werd ambachtelijk brood geproduceerd door wilde gisten uit de lucht te vangen. Vóór de ontwikkeling van moderne giststammen was de productie van ambachtelijk brood lang en moeizaam, omdat veel partijen deeg uiteindelijk werden weggegooid. Kunt u dit feit verklaren?
Het deeg is vaak besmet met giftige sporen die in de lucht zweven. Het was een van de prestaties van Louis Pasteur om betrouwbare stammen bakkersgist te zuiveren voor een consistente broodproductie.
Hoe zou de behandeling van een stuk bos met een breed-spectrum fungicide de koolstof- en stikstofcycli in het gebied veranderen?
Schimmels zijn belangrijke afbrekers in ecosystemen, die ervoor zorgen dat dode planten en dieren worden afgebroken tot kleinere moleculen die door andere leden van het ecosysteem kunnen worden gebruikt. Zonder schimmels zou rottend organisch materiaal zich ophopen in het bos.
In de koolstofkringloop breken schimmels organisch materiaal af tot kleine koolstofhoudende verbindingen. Bij dit proces komt kooldioxide weer vrij in de lucht, dat planten kunnen gebruiken tijdens de koolstoffixatiestappen van de fotosynthese.
In de stikstofkringloop komt bij de afbraak door schimmels ook stikstof vrij voor gebruik door levende organismen. In deze cyclus komt de stikstof vrij uit organische verbindingen in de vorm van ammoniak.
Geef een antwoord