Projekt okładki: Ireneusz Gawliński

Ilustracja na okładce: 123RF/rioblanco

Wydawca: Karol Zawadzki

Koordynator ds. redakcji: Adam Kowalski

Redaktor: Barbara Jaworska

Produkcja: Mariola Grzywacka

Opiniodawca: prof. dr hab. inż. Zofia Żakowska

Skład wersji elektronicznej na zlecenie Wydawnictwa Naukowego PWN

Monika Lipiec/Woblink

Książka, którą nabyłeś, jest dziełem twórcy i wydawcy. Prosimy, abyś przestrzegał praw, jakie im przysługują. Jej zawartość możesz udostępnić nieodpłatnie osobom bliskim lub osobiście znanym. Ale nie publikuj jej w internecie. Jeśli cytujesz jej fragmenty, nie zmieniaj ich treści i koniecznie zaznacz, czyje to dzieło. A kopiując jej część, rób to jedynie na użytek osobisty.

Szanujmy cudzą własność i prawo.

Więcej na www.legalnakultura.pl

Polska Izba Książki

Copyright © by Wydawnictwo Naukowe PWN SA

Warszawa 2018

ISBN 978-83-01-20760-1

eBook został przygotowany na podstawie wydania papierowego z 2019 r., (wyd. I)

Warszawa 2019

Wydawnictwo Naukowe PWN SA

02-460 Warszawa, ul. Gottlieba Daimlera 2

tel. 22 69 54 321, faks 22 69 54 288

infolinia 801 33 33 88

e-mail: pwn@pwn.com.pl; reklama@pwn.pl

www.pwn.pl

1 .
Charakterystyka grzybów pleśniowych

1.1.
Klasyfikacja

Grzyby pleśniowe, inaczej nazywane grzybami strzępkowymi, czy grzybami mikroskopowymi, a potocznie pleśniami, należą do domeny Eucarya. Organizmy eukariotyczne, w odróżnieniu od prokariotycznych (domena Procarya) są wyższe pod względem organizacji komórki, posiadają wydzielone jądro komórkowe z materiałem genetycznym w formie chromosomów lub chromatyny w jądrze metabolicznym otoczone wyraźnie wyodrębnioną błoną oraz rozwinięty układ błon i organelli komórkowych.

Pleśnie stanowią dużą, zróżnicowaną morfologicznie grupę drobnoustrojów należących do królestwa Fungi. Klasyfikacja tych organizmów opiera się głównie na sposobie rozmnażania oraz w mniejszym stopniu, na cechach morfologicznych. Przynależność taksonomiczna grzybów pleśniowych wraz z postępem badań, szczególnie genetycznych, zmieniała się w czasie i wciąż ewoluuje.

Tabela 1.1.

Przynależność taksonomiczna grzybów pleśniowych [wg Catolque of life]

W tabeli 1.1 przedstawiono klasyfikację organizmów należących do królestwa Fungi, z uwzględnieniem tylko tych rodzajów grzybów, które można spotkać w środowisku mieszkaniowym. Najczęściej występujące w tym środowisku pleśnie obecnie są zaliczane do dwóch typów Ascomycota (workowców) i Zygomycota (sprzężniaków).

Największe zmiany w klasyfikacji nastąpiły w przypadku grzybów niewykazujących rozmnażania generatywnego, które wcześniej należały do klasy Deuteromycetes lub nietaksonomicznej grupy grzybów anamorficznych. Przykładem są gatunki należące do rodzaju Aspergillus, rozmnażające się wyłącznie wegetatywnie, które obecnie należą do typu Ascomycota, klasy Eurotiomycetes, rzędu Eurotiales i rodziny Trichocomaceae.

1.2.
Morfologia

Grzyby pleśniowe są często nazywane grzybami strzępkowymi z racji swej budowy. Wytwarzają bowiem mało zróżnicowane morfologicznie, rozgałęzione strzępki, które tworzą grzybnię (mycellium), strukturę widoczną okiem nieuzbrojonym. Średnica strzępek waha się od 3 do 10 µm, a nawet do 30 µm, co zależy od gatunku i warunków hodowli. Długość strzępek może dochodzić do kilku centymetrów, a teoretycznie, dzięki wierzchołkowemu (apikalnemu) wzrostowi, może być nieograniczona. Ściana komórkowa grzybów jest zbudowana z polisacharydów – glukanów i chityny (80% suchej masy) oraz związanych strukturalnie z nimi białek i lipidów. Błony komórkowe zawierają sterole z przeważającym udziałem ergosterolu. Strzępki mogą być wielojądrowe, niepodzielone przegrodami poprzecznymi i taki rodzaj budowy jest charakterystyczny dla Zygomycota. Strzępki pleśni należących do Ascomycota są podzielone przegrodami – septami, zwykle z otworem umożliwiającym przepływ cytoplazmy, organelli komórkowych i substancji odżywczych między komórkami. Podczas wzrostu na podłożach stałych są wytwarzane również struktury mostowe (anastomozy), łączące poszczególne strzępki w całej grzybni. Te strzępki, które mają kontakt z podłożem są nazywane substratowymi i ich rolą jest pobieranie substancji odżywczych. Ponad podłoże wyrasta grzybnia powietrzna, w której zwykle są zlokalizowane organy rozmnażania. Ilustracja 1.1 przedstawia obraz mikroskopowy (SEM) grzybni powietrznej z konidioforami pleśni z rodzaju Aspergillus zasiedlającej powierzchnię bloczka gipsowego.

Ilustracja 1.1.

Konidiofory Aspergillus versicolor na powierzchni bloczka gipsowego (SEM, autor L. Klimek)

Na stałych pożywkach hodowlanych pleśnie rosną powierzchniowo, promieniście, tworząc zwykle okrągłe kolonie zróżnicowane pod względem rozmiarów, zabarwienia, struktury, konsystencji, obecności wydzieliny i pigmentu (ilustr. 1.2). Kolonie mogą być puszyste, zbite, płaskie lub wypukłe o konsystencji ziarnistej, filcowatej lub śluzowatej. Mogą tworzyć wydzielinę, przezroczystą, bezbarwną lub zabarwioną, jak również pigment, tworzony jedynie pod kolonią lub dyfundujący do pożywki. Pleśnie mogą wydzielać również zapach, typowo pleśniowy, stęchły i nieprzyjemny, ale może on też mieć aromat kokosów (Trichoderma viride), owoców czy kwiatów (rodzaj Fusarium). Pleśnie mogą też tworzyć inne formy morfologiczne, nawet widoczne okiem nieuzbrojonym, np. skleroty, będące fragmentami ściśle zgrupowanej grzybni charakterystyczne głównie dla fitopatogenów, pozwalające przetrwać niekorzystne zimowe warunki w glebie (np. rodzaj Botrytis). W pożywkach płynnych podczas hodowli wgłębnej grzybnia występuje w formie zwartej, w postaci wstrząsanej, tzw. pellets.

Ilustracja 1.2.

Kolonie Penicillium chrysogenum (po lewo) i Paecilomyces lilacinus (po prawo) na pożywce mikrobiologicznej (autor M. Piotrowska)

Wszystkie cechy morfologiczne są bardzo istotne podczas klasycznej, opartej na morfologii, identyfikacji pleśni i w dużym stopniu zależą nie tylko od gatunku pleśni, lecz także od pożywki, warunków hodowli oraz wieku kultury.

1.3.
Rozmnażanie

Grzyby pleśniowe mogą rozmnażać się wegetatywnie (bezpłciowo) i generatywnie (płciowo), a sposób rozmnażania jest podstawą ich klasyfikacji. Rozmnażanie wegetatywne odbywa się za pomocą spor. Nazwa ta określa tworzone na drodze wegetatywnej formy służące do rozmnażania i rozprzestrzeniania się (synonim – zarodniki, np. u Mucor, Rhizopus, czy konidia, np. u Aspergillus, Penicillium). Czasami są nazywane specyficznie dla rodzaju. Wyróżnia się jednokomórkowe mikrokonidia i wielokomórkowe makrokonidia, np. u rodzaju Alternaria czy Fusarium. Wyróżnia się egzospory, powstające z części już wytworzonej grzybni (chlamydospory, artrospory) lub też będące nowym tworem powstającym z komórek konidiotwórczych utworzonych na charakterystycznych strukturach – konidioforach (np. Aspergillus ilustr. 1.3 l). Mogą to być również endospory powstające wewnątrz zarodni (np. Mucor, ilustr. 1.3 p).

Rozmnażanie płciowe grzybów polega na łączeniu się strzępek o przeciwnych typach płciowych, czego efektem jest u Ascomycota tworzenie worków z zarodnikami (askosporami) lub u Zygomycota powstawanie zygospor. Askospory są umieszczone zwykle w ciałach owocowych, w zależności od budowy nazywane apotecjum, kleistotecium lub peritecium. Zarówno askospory, jak i zygospory, ze względu na dużą odporność na czynniki środowiskowe (podwyższona temperatura, wysuszenie, brak substancji odżywczych) mogą pełnić funkcję organów przetrwalnych.

Ilustracja 1.3.

Konidiofor Aspergillus ustus (l-po lewo); zarodnia Mucor pumilus (p-po prawo) (autor M. Piotrowska)

Spory mają zróżnicowane kształty, mogą być okrągłe, owalne, cylindryczne, jedno- lub wielokomórkowe, o gładkiej lub chropowatej powierzchni. Zarodniki grzybów pleśniowych, w zależności od gatunku charakteryzują się zróżnicowaną wielkością (tab. 1.2), co warunkuje nie tylko ich predyspozycje do rozprzestrzeniania się, lecz także wpływa na zagrożenia zdrowotne, jakie niesie z sobą ekspozycja drogą oddechową. Zarodniki o małych wymiarach są lekkie i mogą się rozprzestrzeniać na duże odległości wraz z ruchem powietrza, a jednocześnie mogą dostawać się do dolnych odcinków układu oddechowego człowieka.

Tabela 1.2.

Wymiary zarodników grzybów pleśniowych

Gatunek

Wielkość [µm]

Egzospory

Aspergillus versicolor

2,0–3,5

Aspergillus niger

3,5–5,0

Aspergillus fumigatus

2,5–3,0

Penicillium chrysogenum

3,0–4,0 × 2,8–3,8

Penicillium oxalicum

3,5–7,0 × 2,5–4,0

Acremonium strictum

3,3–5,5 × 0,9–1,8

Cladosporium cladosporioides

3,0–11,0 × 2,0–4,0

Trichoderma viride

3,6–4,5 × 4,8

Alternaria alternata

18–83 × 7–18

Fusarium oxysporum (mikrokonidia)

5–12 × 2,2–3,5

Fusarium oxysporum (makrokonidia)

27–46 × 3,0–4,5

Endospory

Mucor racemosus

5,5–10,0 × 4,0–7,0

Rhizopus nigricans

7,0–15 × 6,0–8,0

Absidia corymbifera

3,0–6,0 × 2,5–4,5

1.4.
Cechy fizjologiczne

Rozpatrując cechy fizjologiczne pleśni, należy uwzględnić wpływ czynników fizyko-chemicznych na ich rozwój, takich jak: zakres temperatur i pH wzrostu, zapotrzebowanie na substancje odżywcze, stosunek do tlenu, aktywność wody, odporność na substancje chemiczne. Cechy te często w odpowiedzi na stres środowiskowy są zmienne. Grzyby strzępkowe należą do organizmów o dużej zdolności przystosowawczej do warunków środowiskowych, co sprawia, że są wszędobylskie i zasiedlają różnorodne nisze ekologiczne. Jednak w niekorzystnych warunkach ich wzrost jest znacznie wolniejszy, ponadto są obserwowane zmiany morfologiczne i metaboliczne, np. tworzenie kwasów tłuszczowych jako mechanizm obronny przed niską temperaturą.

Grzyby pleśniowe charakteryzują się bardzo małymi wymaganiami pokarmowymi, a jednocześnie dużą zdolnością do przystosowania się do rodzaju składników odżywczych. Przy zapewnieniu niezbędnych warunków temperatury i wilgotności podłoża wystarcza do ich wzrostu niewielka ilość materii organicznej, np. wniesiona wraz z kurzem na powierzchnię materiału. Określa się je mianem oligotrofów.

Pleśnie są chemoorganotrofami, co oznacza, że zarówno energię, jak i źródło węgla czerpią z rozkładu związków organicznych. Najlepiej przyswajają monosacharydy – heksozy, pentozy, następnie disacharydy i polisacharydy, ale niektóre pleśnie mogą też metabolizować alkohole cukrowe, np. sorbitol, jak również węglowodory, ligniny, keratynę, czy inne związki aromatyczne. Źródłem azotu mogą być związki nieorganiczne, np. sole amonowe lub organiczne – białka i aminokwasy. Wśród pleśni większość należy do saprofitów, co oznacza, że rozwijają się i wykorzystują martwą materię organiczną. Nieliczne są pasożytami, które do swojego pełnego rozwoju potrzebują żywej tkanki roślinnej lub zwierzęcej. Organizmy pasożytnicze rzadko izoluje się ze środowiska budowlanego.

Bogate uzdolnienia enzymatyczne tych organizmów sprawiają, że złożone związki organiczne (węglowodany, białka, tłuszcze) są rozkładane, a prostsze produkty rozkładu przyswajane. Cecha ta jest korzystna w aspekcie rozkładu materii organicznej, czy też wykorzystania przemysłowego tych organizmów, jednakże może być też przyczyną procesu biodeterioracji. Wśród enzymów grzybów pleśniowych należy wymienić zewnątrzkomórkowe amylazy, glukoamylazy, ksylanazy, celulazy, lipazy czy proteazy.

Grzyby pleśniowe można znaleźć we wszystkich strefach klimatycznych, zarówno w regionach o niskiej, jak i wysokiej temperaturze. Mikroflora tych obszarów jest odmienna, jednak są takie gatunki, które poprzez wykształcenie różnych mechanizmów obronnych mogą rozwijać się w skrajnych warunkach temperaturowych. Temperatura nie jest czynnikiem decydującym w kształtowaniu biocenozy budynku, może wpływać jednak na tempo rozwoju określonych grup organizmów. Oddziałuje również na inne parametry decydujące o rozwoju grzybów, np. na zawilgocenie czy aktywność wody materiałów, opisane dalej.

Tabela 1.3 przedstawia temperatury kardynalne (minimalną, optymalną i maksymalną) poszczególnych grup drobnoustrojów, wśród których wyróżnia się psychrofile, psychrotrofy, mezofile i termofile. Podział ten jest dość umowny i niektóre gatunki można zaklasyfikować do więcej niż jednej grupy.

Tabela 1.3.

Podział drobnoustrojów pod względem temperatur kardynalnych

Grupa drobnoustrojów

Temperatura [°C]

Minimalna

Optymalna

Maksymalna

Psychrofile

≤0

≤15

≤20

Psychrotrofy

0

20–25

35

Mezofile

10–25

20–37

35–50

Termofile

25–45

45–65

60–90

Grzyby pleśniowe, ze względu na wyjątkową zdolność przystosowania się do zmiennych i niekorzystnych warunków środowiskowych bardzo trudno jednoznacznie przyporządkować do określonej grupy. Wśród nich jest najmniej organizmów termofilnych. W tabeli 1.4 podano zakresy temperatur wzrostu gatunków najczęściej izolowanych z pomieszczeń.

Większość gatunków grzybów pleśniowych to organizmy mezofilne, których optymalna temperatura wzrostu wynosi od 20 do 30°C. W tym zakresie mieści się też temperatura komfortu cieplnego w mieszkaniach, co sprawia, że pleśnie tak łatwo rozwijają się w obiektach budowlanych. Jednak znane są gatunki, np. z rodzaju Alternaria i Cladosporium należące do grupy psychrotrofów, dostosowanych do mniej stabilnych temperaturowo środowisk, które wykazują wzrost nawet w temperaturze około 0°C. Procesy komórkowe w obniżonej temperaturze zachodzą znacznie wolniej niż w optymalnej. Zdolność do przetrwania w takich warunkach jest indywidualną cechą mikroorganizmu i efektem wytworzenia mechanizmów adaptacyjnych. Należą do nich wytwarzanie specyficznych białek, np. białek szoku zimna, egzopolisacharydów, biosurfaktantów, związków barwnych, modyfikacja kwasów tłuszczowych w lipidach błon komórkowych, produkcja krioprotektantów (glicerol, mannitol, trehaloza), jak również tworzenie form przetrwalnych.

Tabela 1.4.

Temperatury wzrostu wybranych gatunków pleśni

Gatunek

Zakres temperatur [°C]

Aspergillus versicolor

5–9 ÷ 35–39 (27)*

Aspergillus niger

6–8 ÷ 45–47 (30–35)

Aspergillus fumigatus

12 ÷ 55 (40–42)

Aspergillus ustus

5 ÷ 30 (28)

Penicillium chrysogenum

4 ÷ 37 (23)

Penicillium funiculosum

8 ÷ 42 (30)

Penicillium glabrum

0 ÷ 30 (20)

Penicillium brevicompactum

–2 ÷ 30 (23)

Cladosporium cladosporioides

–5 ÷ 32 (25)

Cladosporium herbarum

–10 ÷ 28–32 (25)

Alternaria alternata

5 ÷ 36 (25)

Trichoderma harzianum

5 ÷ 36 (30)

Acremonium strictum

5 ÷ ok. 37 (25)

Fusarium poae

2 ÷ 35 (25)

Chaetomium globosum

4–10 ÷ 38 (24)

Stachybotrys chartarum

2–10¸37–40 (23–23)

Paecilomyces variotii

5 ÷ 45–48 (35–40)

Rhizopus nigricans

5 ÷ 30–37 (25)

*(temperatura optymalna)