Kerahallik

Kerahallik (Aspergillus) on hallitusseente hulka kuuluv perekond, milles on erinevatel andmetel 260–837 liiki. Esimesena kirjeldas perekonda Itaalia preester ja bioloog Pier Antonio Micheli 1729. aastal ja nimetus tuli seene koniidikandjate sarnasusest jumalateenistustel kasutatava püha vee pintsli ehk aspergilliga. Aspergillus’ed on olulisel kohal biotehnoloogilistes protsessides, toidu fermenteerimisel ja teadusuuringutes. Nende seas leidub ka mitmeid allergeenide ja toksiliste metaboliitide tootjaid, inimese ja loomade oportunistlikke patogeene ja toidu riknemist põhjustavaid liike. Sobivaid kasvukeskkondi leidub kerahallikutel palju, nad parasiteerivad nii taimedes kui ka loomades, kasvavad mullas, lagunevas orgaanilises materjalis ja hoonete sisemuses. Nad levivad eoste ehk spooride abil õhu kaudu edukalt isegi pikkade vahemaade taha. Aspergillus’ed moodustavad pikki silinderjaid rakke, mida nimetatakse seeneniitideks ehk hüüfideks ning kasvavad tahkete substraatide sees ja peal. Suurem osa kerahallikutest arenevad mittesuguliselt, moodustades koniide ehk lülieoseid. Umbes kolmandikul liikidest on kirjeldatud ka sugulise paljunemise faas, kui toimub kotteoste ehk askospooride tootmine, kuid genoomse järjestuse alusel võib arvata, et ilmselt kõik kerahallikud peaksid suutma sugulisel teel paljuneda. Seene mittesugulist arengut nimetatakse anamorfiks ja sel juhul arenevad mütseelil lülieosed ehk koniidid. Eoste idanemisel arenevad seeneniidid ehk hüüfid, mille harunemisel tekib mütseel. Vegetatiivsest mütseelist arenevad aeraalsed hüüfid, millest mõned spetsialiseeruvad konidiofoorideks ehk koniidikandjateks. Kui konidiofoor on vajaliku pikkuse saavutanud, hakkab see tipuosast paisuma ja tekib umbes 10 μm läbimõõduga vesiikul. Uniseriaatsetel liikidel, nagu A. fumigatus, moodustuvad vesiikulite pinnal fialiidid, mille ülesanne on moodustada koniide. Biseriaatsete liikide, nagu A. niger ja A. nidulans, puhul moodustub vesiikuli pinnale esmalt tugistruktuur, mida nimetatakse meetulaks ja selle jagunemise järel moodustuvad fialiidid. Koniidikandja tippu moodustub ümar spooridega lehvikutaoliselt või üleni kaetud struktuur. Uniseriaatne koniidikandja (A. fumigatus elektronmikroskoobis) Biseriaatne koniidikandja (A. terreus DIC mikroskoobis) Agaris kasvav mütseel ja aeraalsed hüüfid koniididega (A. niger) Sugulist arengufaasi nimetatakse telemorfiks. Nii kotteose kui ka koniidi idanemisel areneb haploidne mütseel, millel valmivad uued koniidid. Teatud tingimustel koniidide areng peatub ja algab suguline paljunemine. Kerahallikute seas on nii homotallistlikke kui ka heterotallistlikke liike. See tähendab seda, et edasine areng võib toimuda vastavalt kas ühe mütseeli peal iseennast viljastades või kahe sobiva organismi vahel. Liituda võivad somaatilised seeneniitide rakud või suguliseks paljunemiseks spetsialiseerunud rakud. Liitunud rakkudest arenevad eoskotid ehk askused, milles toimub tuumade liitumine ehk karüogaamia. Tekkinud diploidsed rakud läbivad kohe meioosi ja seejärel enamasti jagunevad veel mitootiliselt. Tekib kaheksa haploidse tuumaga rakku ning igaühest neist areneb kotteos, mis jääb ootama sobivaid keskkonnatingimusi, et arengut jätkata. Eoskotid moodustavad viljakehi ehk askoome. A. nidulans näiteks moodustab 125–200 μm diameetriga kerakujulisi suletud struktuure, mida nimetatakse peiteoslateks ehk kleistoteetsiumiteks. Paljud Aspergillus’e liigid on leidnud kasutust biotehnoloogilistes protsessides, kuna nad toodavad orgaanilisi happeid, ekstratsellulaarseid ensüüme, aromaatseid ühendeid ning on võimelised kääritama erinevaid substraate ekstreemsete kultiveerimistingimuste juures, mis on bakterite ja pärmide jaoks tavaliselt talumatud. Näiteks saab Aspergillus’i kasvatada laias temperatuurivahemikus (10–50 °C), pH vahemikus 2–11, soolsusel 0–34% ning oligotroofsetes või toitainerikastes tingimustes. Aspergillus’ed suudavad lagundada ja ära kasutada mitmesuguseid biopolümeere, nagu tärklis, (hemi-)tselluloos, pektiin, ksülaan ja valgud, mis võimaldab neid kultiveerida taastuvatel allikatel, nagu näiteks taimede biomass. Valkude tööstusliku tootmise käigus on võimalik saagikus viia üle 20 g/l. Nende abil toodetakse mitmeid toiduaine-, paberi-, tekstiilitööstuses ja detergentidena kasutuses olevaid ensüüme, näiteks amülaase, katalaase, tsellulaase, pektinaase, lipaase, proteaase, ksülanaase. Samuti taimedest pärit magustajaid nagu taumatiin ja neokuliin. Aspergillus’eid on toidu ja jookide valmistamise protsessides kasutatud juba üle 1500 aasta, kui Jaapanis ja mujal Aasias tekkis traditsiooniline kōji’l põhinev toiduvalmistamine. Kōji on aurutatud riis, mis on nakatatud A. oryzae spooridega ja teatud aja inkubeeritud, et hallitus saaks areneda. Kōji baasil valmistatakse mitmeid traditsioonilisi Jaapani toiduaineid ja jooke, nagu sojakaste, miso, sake, riisiäädikas, shōchū ja mirin. Aasia riikides on erinevate teraviljade ja sojaubade fermenteerimiseks kasutatud ka teisi hallitusseeni, näiteks A. sojae, A. awamori, A. kawachii, Rhizopus spp., Monascus spp., Mucor spp., Asidia spp. A. nidulans on teadlaste uurimisobjektiks olnud üle 60 aasta ja teda võib pidada Aspergillus’e perekonna mudelorganismiks. Tema uurimine on andnud panuse eukarüootse raku füsioloogia, metaboolse regulatsiooni, DNA reparatsiooni, rakutsükli kontrolli, inimese geneetiliste haiguste jpm mõistmiseks. A. nidulans’i abil kirjeldas Briti geneetik Guido Pontecorvo 1954. aastal esimesena seente paraseksuaalset tsüklit, mille tagajärjel on mittesuguliselt paljuneva seene hüüfide eri harudes ja koniidides tuumad erineva genotüübiga. Paraseksuaalne tsükkel toimub naaberhüüfide kokkukasvamisel, kui nende tuumad satuvad ühte rakku. Toimub geneetilise info vahetus (somaatiline ristsiire) ja hiljem tuumade taaslahknemine (haploidiseerumine), mille käigus toimub kromosoomide juhuslik lahknemine. Umbes 10% kirjeldatud Aspergillus’e perekonna liikidest on patogeensed. Kõige levinum haigustekitaja on A. fumigatus, kuid patogeenidena on tuntud ka näiteks A. terreus, A. flavus, A. niger, A. ustus, A. alliaceus, A. lentulus ja A. udagawe. Aspergillus’e perekonna liigid võivad inimesel põhjustada erinevaid haigusi, mida nimetatakse aspergilloosiks. Nakatumine toimub peamiselt õhu kaudu spooride sissehingamise teel ja haigestuvad enamasti nõrgenenud immuunsüsteemiga ja kopsuhaigusi põdevad inimesed. Aspergillus’ed põhjustavad erineva raskusastmega haigusi – alates allergilistest reaktsioonidest kuni raskete invasiivsete infektsioonideni. Kõige sagedamini nakatavad Aspergillus’ed kopse, põhjustades allergilist bronhopulmonaarset aspergilloosi (ingl. k. allergic bronchopulmonary aspergillosis ehk ABPA), kroonilist pulmonaarset aspergilloosi (ingl. k. chronic pulmonary aspergillosis ehk CPA) ja aspergilloomi. Kergema kuluga haigustest põhjustavad Aspergillus’ed veel näiteks sinusiiti (põsekoopapõletik), otomükoosi (kõrvapõletik), keratiiti (silmapõletik) ja onühhomükoosi (küünte seeninfektsioon). Tõsisematel juhtudel areneb välja invasiivne aspergilloos, mille puhul levib haigus kopsust vereringesse ja sealt edasi teistesse organitesse või ninakõrvalurgetest ehk siinustest ümbritsevatesse kudedesse. Invasiivne aspergilloos ohustab peamiselt AIDSi põdevaid ning kemoteraapia või luuüdi siirdamise läbi teinud patsiente, kelle immuunsüsteem on tugevalt nõrgestatud. Sarnaselt inimesega on ka teiste imetajate seas aspergilloos üsna harvaesinev haigus. Kuid on ka erandeid, näiteks koertel esineb üsna sageli sinonasaalne aspergilloos, hobuslastel kurgukoti (ingl. k guttural pouch) mükoos, veistel seennakkuslik abort ja vaalalistel mükoosne kopsupõletik. Koerte sinonasaalse aspergilloosi puhul on levinuimaks haigustekitajaks A. fumigatus, erandiks on saksa lambakoerad, kelle puhul on peamiseks haigustekitajaks hoopis A. terreus. Koerte aspergilloosi teket soodustavad faktorid on teadmata, kuid mõnede teooriatena on välja pakutud kasvajaid, võõrkehasid ninas, lümfotsüütide häirunud arengut ja kaevamist. Peamised sümptomid on aevastamine, ninaverejooksud, mädane eritis ninast, haavandid ninal, näo valulikkus ning kroonilistel juhtudel lihaste kõhetumine. Hobuste puhul peetakse soodustavateks faktoriteks pehmekoe traumasid ja halbu keskkonnatingimusi (vähene ventileeritus, kõrge õhuniiskus ja temperatuur). Kõige tavalisemaks sümptomiks on ühepoolne katkendlik ninaverejooks, mis ei ole tekkinud füüsilise koormuse tagajärjel. Lisaks võib esineda mäda eritust ninast, neuroloogilisi probleeme nagu neelamishäire (düsfaagia), kõri halvatus ja Horneri sündroom. Regiooniti esineb aspergilloosi ka delfiinidel. Valdavaks haigusvormiks on pulmonaalne aspergilloos, mida soodustavad arvatavasti viirused ja halvad keskkonnatingimused. Mükoosne abort veistel on rohkem juhuslikku laadi ja haigestuvad enamasti üksikud isendid karjas. Põhjapoolkeral haigusjuhud sagenevad talvekuudel, kui karja hoitakse laudas ning toidetakse heina ja siloga, mis on Aspergillus’e spooridega tugevalt saastunud. Suurem osa juhtudest põhjustab jällegi A. fumigatus. Arvatakse, et nakatumine toimub allaneelamise või sissehingamise teel, kuid katseliselt seda tõestada ei ole suudetud. Tüüpiliselt toimub abort tiinuse teisel või kolmandal trimestril platsenta põletiku tõttu. Erinevalt imetajatest on linnud Aspergillus’e infektsioonidele väga vastuvõtlikud ja seda peetakse peamiseks lindude suremuse põhjuseks. Eriti vastuvõtlikud on haigusele kalkunid, pingviinid, rööv- ja veelinnud. Keskkonnatingimustest on haigust soodustavateks faktoriteks piiratud õhuvahetus, kokkupuude aerosoolsete toksiinidega, mis põhjustavad limaskestade ärritust, ning ebasobiv temperatuur ja niiskus. Nakatumine toimub sissehingamise teel ning üldjuhul koloniseerib Aspergillus alumised hingamisteed. Umbes 95% juhtudest on patogeeniks A. fumigatus, teisel kohal on A. flavus. Sümptomiteks on tavaliselt letargia, isutus ja anoreksia, aga ka nohu, hingeldamine ja häälitsuste muutumine. Põhjused, miks linnud on väga vastuvõtlikud aspergilloosile, võivad olla nii anatoomilist laadi (lindudel puudub epiglottis, mis takistab tahkete osakeste sattumist alumistesse hingamisteedesse, puudub ka diafragma, mille tulemusel ei ole linnud võimelised tugevalt köhima) kui ka immuunsüsteemiga seotud (neil puuduvad pinnamakrofaagid, mis võiksid fagotsüteerida seenekoniide ning heterofiilid kasutavad seenekoniidide hävitamiseks katioonseid valke, hüdrolaase ja lüsotsüüme, selle asemel, et kasutada müeloperoksidaase ja oksüdatiivseid mehhanisme). Aspergilloosi esineb ka putukatel. Näiteks võivad Aspergillus’e perekonna esindajad nakatada mesilaste vastseid, põhjustades kivihauet, harvematel juhtudel nakatuvad ka täiskasvanud mesilased. Haigust ei esine väga sageli, kuna ohustatud on stressis ja nõrgenenud pered. Aspergillus suudab vastset nakatada nii seedetrakti sattudes kui ka läbi väliskesta tungides. Idanedes kasvab seen rõngana larvi pea läheduses. Kui vastne hukkub, muutub see kõvaks (mumifitseerub) ja värvub mustaks ning lõpuks kattub seenespooridega. Enamasti puhastavad töömesilased pesa hukkunud vastsetest, kuid kuna haue on tugevalt kärjekannu küljes kinni, kaetakse osa hukkunud haudmest taruvaiguga. Teadaolevalt on mesilastele patogeensed vähemalt kolm liiki (A. flavus, A. nomius ja A. phoenicis). Tõenäoliselt on peamiseks seenespooride levitajaks õietolm, kuid mesilasse võivad need sattuda ka õhu kaudu ja seal saprofüüdina substraati koloniseerida. Potentsiaalne levitaja on ka lest Varroa destructor, mis põhjustab mesilastel varroosi. Aspergillus niger – must kerahallik Aspergillus roseus – roosa kerahallik Samson ja Varga (2009). What is a species in Aspergillus? Medical Mycology, vol. 47(1), pp. S13-S20 www.researchgate.net (kasutatud 12.03.2016)(inglise) Hawksworth (2011). Naming Aspergillus species: progress towards one name for each species. Med Mycol., vol. 49(1), pp. S70-76 mmy.oxfordjournals.org[alaline kõdulink] (kasutatud 12.03.2016)(inglise) Amaike, S. ja Keller, N. P. (2011). Aspergillus flavus, Annu. Rev. Phytopathol., vol. 49, pp. 107–33. www.researchgate.net(kasutatud 12.06.2016)(inglise) Krijgsheld, et al. (2013). Development in Aspergillus, Stud Mycol., vol. 74(1), pp. 1–29. www.ncbi.nlm.nih.gov (kasutatud 15.03.2016)(inglise) U. Kõljalg, Riik SEENED (õppematerjal) moritz.botany.ut.ee(kasutatud 15.03.2016) Meyer, et al. (2011). Aspergillus as a multi-purpose cell factory: current status and perspectives. Biotechnol Lett., vol. 33(3), pp. 469–476 www.ncbi.nlm.nih.gov (kasutatud 12.03.2016)(inglise) Fleißner ja Dersch (2010). Expression and export: recombinant protein production systems for Aspergillus. Applied Microbiology and Biotechnology, vol. 87(4), pp. 1255–1270 link.springer.com (kasutatud 12.03.2016)(inglise) Clutterbuck, A. J. (1974). Aspergillus nidulans. Bacteria, Bacteriophages, and Fungi, lk 448 link.springer.com (kasutatud 12.03.2016)(inglise) Chotirmall, S. H., et al. (2013). Aspergillus-Associated Airway Disease, Inflammation, and the Innate Immune Response. Biomed Res Int. PMCID: PMC3736487 www.ncbi.nlm.nih.gov. doi: 10.1155/2013/723129(kasutatud 08.04.2016)(inglise) Balajee, S.A., et al. (2007). Aspergillus species identification in the clinical setting. Stud Mycol., vol. 59, pp. 39–46. www.ncbi.nlm.nih.gov(kasutatud 08.04.2016)(inglise) Hedayati, M. T., et al. (2007). Aspergillus flavus: human pathogen, allergen and mycotoxin producer. Microbiology, vol. 153, pp. 1677–1692. mic.microbiologyresearch.org(kasutatud 08.04.2016)(inglise) Harman, E. M. (2015). Medscape Aspergillosis(kasutatud 08.04.2016)(inglise) Lieberg, N., Müürsepp, P. ja Murde, M. (2010). Aspergilloos ninakõrvalurgetes. Eesti Arst, vol. 89(2), pp. 107–112. eestiarst.ee(kasutatud 08.04.2016) Aspergillus & Aspergillosis Website(kasutatud 08.04.2016)(inglise) Tell, L. A. (2005). Aspergillosis in mammals and birds: impact on veterinary medicine. Med Mycol, vol. 43, pp. S71-S73. onlinelibrary.wiley.com(kasutatud 01.06.2016)(inglise) Vojvodic, S., et al. (2011). Temperature dependent virulence of obligate and facultative fungal pathogens of honeybee brood. Veterinary Microbiology, vol. 149, pp. 200–205. www.researchgate.net(kasutatud 12.06.2016)(inglise) Foley, K., et al. (2014). The distribution of Aspergillus spp. opportunistic parasites in hives and their pathogenicity to honey bees, Veterinary Microbiology, vol. 169(3–4), pp. 203–210. www.sciencedirect.com(kasutatud 12.06.2016)(inglise) aspergilluspenicillium.org Kōji tootja koduleht Bellis Kullman (2004). Seksiv seen Eesti Loodus, vol. 11