Tracking diversity, metabolic activity, and bioactive metabolites of the building mycobiota – examples and novel findings
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Engineering |
Doctoral thesis (article-based)
| Defence date: 2022-09-30
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2022
Major/Subject
Mcode
Degree programme
Language
en
Pages
130 + app. 110
Series
Aalto University publication series DOCTORAL THESES, 125/2022
Abstract
Fungal growth in a building may cause decay of building materials and health effects on building users. Growth conditions affect the diversity of fungal species, the production of fungal metabolites, and the formation of guttation droplets, of which the contents and effects are still largely unknown. This study aimed to track the diversity and toxicity of the fungal species found in premises related to former moisture damages and health complaints of the occupants, demonstrate the guttation of metabolites by actively growing filamentous fungi, and design a method for detecting the transition of the fungal metabolites. In addition, the study aimed to evaluate fast microscopic and toxicological methods for monitoring metabolic activity in some common indoor fungi and to reveal the metabolic difference between fresh, actively growing, and old, desiccated, dormant colonies growing in building materials and culture media. Fungal colonies from the cultivated samples of the settled indoor dust and building materials were screened for toxicity and identified. Most individual colonies (>70% of tested colonies) in the samples collected from the rooms with indoor air-related health complaints proved toxic with the bioassays used. Many of the toxigenic species found in indoor settled dust were also detected in the insulation material of the building envelope next to the same room. Indoor isolates of Penicillium expansum, Acrostalagmus luteoalbus, and Aspergillus calidoustus, rarely or not earlier reported indoor, produced mycotoxins: communesins A, B, and D and chaetoglobosin C; melinacidins II, III, and IV; and ophiobolins G, H, and K and 6-epi-ophiobolin K, respectively. The guttation phenomenon was observed for toxigenic Pen. expansum, Acr. luteoalbus, Asp. calidoustus, and Chaetomium globosum. Pen. expansum formed guttation droplets even when growing on building material. The guttation droplets of Pen. expansum strain RcP61 (grown on MEA) were highly toxic, contained communesins A, B, and D (at the concentration of 86 µg communesins (in total) per mL of exudate) and chaetoglobosin C (480 µg toxin per mL of exudate), and proved to be more toxic than biomass extracts (containing 10 mg dry wt per mL) of the same strain. A simple test arrangement revealed the transition of the guttation droplets carrying conidia and secondary metabolites such as toxins, hydrophobics, and surfactants from mycelia to the inner surface of the lid of the Petri dish through the air. The transition of the mycotoxins communesins and chaetoglobosin A produced by an indoor isolate of Pen. expansum was confirmed using HPLC-MS analysis. Viability staining, illuminating with UV light, and bioassays revealed differences between dehydrated and actively growing fungal biomass. The old, dry dormant fungal biomass emitted less fluorescence after viability staining and UV excitation, contained fewer guttation droplets, and showed a weaker response in toxicity tests than the actively growing fungal biomass. This result indicates that the emissions of fungal metabolites into indoor air may depend on the metabolic state of the indoor filamentous fungi colonising a building.Rakennuksessa aktiivisesti kasvava rihmasieni, kansankielisesti homekasvu, voi aiheuttaa vaurioita rakennusmateriaaleille sekä terveysvaikutuksia rakennuksen käyttäjille. Kasvuolosuhteet vaikuttavat sienilajiston diversiteettiin, aineenvaihdunnassa muodostuviin yhdisteisiin ja guttaatioon eli pisarointiin. Rakennuksissa esiintyvien sienilajien guttaation merkitys, ja näiden eksudaattipisaroiden ja membraanien ympäröimien nestevesikkeleiden sisältö ovat vielä suurelta osin tuntemattomia. Tässä tutkimuksessa selvitettiin pesäkkeitä muodostavien rihmasienien lajiston monimuotoisuus ja mitattiin havaittujen lajien toksisia vasteita eräistä sellaisista tiloista, joiden rakenteisiin oli kohdistunut korkeaa kosteusrasitusta ja joissa käyttäjät olivat kokeneet sisäilmaan liitettyjä vakavia terveysvaikutuksia. Tilojen pinnoille laskeutuneesta pölystä ja ulkoseinien eristekerroksista kerätyt näytteet viljeltiin ja kasvatusmaljalle muodostuneiden yksittäisten pesäkkeiden toksisuus kohdesoluille testattiin ja lajit tunnistettiin. Yli 70 % testatuista pesäkkeistä osoittautui käytetyillä biotesteillä toksisiksi. Useita toksiineja tuottavia lajeja havaittiin sekä laskeutuneesta sisätilapölystä että saman huonetilan ulkoseinän eristemateriaalista. Näiden joukossa oli myös rakennuksissa ja sisätiloissa ennen raportoimattomia ja harvinaisia lajeja. Tällaisia olivat kommunesiineja A, B ja D sekä ketoglobosiini C:tä tuottava Penicillium expansum; melinasidiineja II, III ja IV tuottava Acrostalagmus luteoalbus sekä ofioboliineja G, H ja K ja 6-epi-ofioboliini K:ta tuottava potentiaalinen patogeeni Aspergillus calidoustus. Näillä lajeilla havaittiin guttaatioilmiö, kuten myös viljelynäytteissä esiintyneellä Chaetomium globosumilla. Pen. expansum muodosti eksudaattipisaroita myös kasvaessaan laboratorio-olosuhteissa rakennusmateriaalilla. Pen. expansum RcP61-kannan eksudaattipisarat (MEA-kasvatusalustalla) olivat erittäin myrkyllisiä sisältäen kommunesiineja A, B ja D (pitoisuutena 86 µg kommunesiineja (yhteensä) per ml pisaranestettä) ja ketoglobosiinia C (480 µg toksiinia per ml pisaranestettä), ja osoittautuivat myrkyllisemmiksi kuin saman kannan biomassasta valmistetut uutteet, jotka sisälsivät kuivapainona biomassaa 10 mg/ml. Yksinkertaisella koeärjestelyllä osoitettiin, että konidioita ja sekundäärisiä aineenvaihduntatuotteita, kuten toksiineja sekä hydrofobisia ja pinta-aktiivisia aineita kuljettavat eksudaattipisarat tai pisaroiden sisältö saattoivat siirtyä suljetussa petrimaljassa ilman läpi kasvustosta kasvuston yläpuolella olevan kannen sisäpinnalle. Solujen vitaalivärjäys, UV-valaisu ja biotestit osoittivat eroja kuivatun ja aktiivisesti kasvavan sienikasvuston välillä; kuivunut ja lepotilassa olevasta kasvustosta emittoitui vähemmän fluoresenssia solujen värjäyksessä ja UV-valaisussa, havaittiin vähemmän guttaatiopisaroita ja todettiin vähäisempää myrkyllisyyttä käytetyille kohdesoluille kuin aktiivisesti kasvavasta kasvustosta.Description
Supervising professor
Salonen, Heidi, Prof., Aalto University, Department of Civil Engineering, FinlandThesis advisor
Andersson, Maria, Dr., Aalto University, FinlandKeywords
building mycobiota, guttation droplets, bioactive fungal metabolites, indoor filamentous fungi, rakennuksen homesienien diversiteetti, guttaatio, homesienten bioaktiiviset aineenvaihduntatuotteet, sisätilojen rihmasienet
Other note
Parts
-
[Publication 1]: Salo, Johanna; Marik, Tamás; Mikkola, Raimo; Andersson, Maria; Kredics, László; Salonen, Heidi; Kurnitski, Jarek. 2019. Penicillium expansum strain isolated from indoor building material was able to grow on gypsum board and emitted guttation droplets containing chaetoglobosins and communesins A, B and D. Journal of Applied Microbiology, volume 127, pages 1135-1147.
DOI: 10.1111/jam.14369 View at publisher
-
[Publication 2]: Salo, Johanna; Marik, Tamás; Bencsik, Ottó; Mikkola, Raimo; Kredics, László, Szekeres, András; Andersson, Maria; Salonen, Heidi; Kurnitski, Jarek. 2019. Screening mold colonies by using two toxicity assays revealed indoor strains of Aspergillus calidoustus producing ophiobolins G and K. MDPI. Toxins, volume 11, issue 12, article no 683.
DOI: 10.3390/toxins11120683 View at publisher
-
[Publication 3]: Salo, Johanna; Kedves, Orsolya; Mikkola, Raimo; Kredics, László; Andersson, Maria; Kurnitski, Jarek; Salonen, Heidi. 2020. Detection of Chaetomium globosum, Ch. cochliodes and Ch. rectangulare during the diversity tracking of mycotoxin-producing Chaetomium-like isolates obtained in buildings in Finland. MDPI. Toxins, volume 12, issue 7, article no 443.
Full text in Acris/Aaltodoc: http://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-202008064564DOI: 10.3390/toxins12070443 View at publisher
-
[Publication 4]: Andersson, Maria; Salo, Johanna; Kedves, Orsolya; Kredics, László; Druzhinina, Irina; Kurnitski, Jarek; Salonen, Heidi. 2020. Bioreactivity, guttation and agents influencing surface tension of water emitted by actively growing indoor mould isolates. MDPI. Microorganisms, volume 8, issue 12, article no 1940.
Full text in Acris/Aaltodoc: http://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-202101251468DOI: 10.3390/microorganisms8121940 View at publisher
-
[Publication 5]: Andersson, Maria; Salo, Johanna; Mikkola, Raimo; Marik, Tamas; Kredics, László; Kurnitski, Jarek; Salonen, Heidi. 2021. Melinacidin-producingAcrostalagmus luteoalbus, a major constituent of mixed mycobiota contaminating insulation material in an outdoor wall. MDPI. Pathogens, volume 10, issue 7, article no 843.
Full text in Acris/Aaltodoc: http://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-202108048125DOI: 10.3390/pathogens10070843 View at publisher