Patologie delle derrate alimentari e residui

Patologia delle derrate e residui

Matias Pasquali

16 ore di lezione + 16 di esercitazione

Esame scritto da 20 domande a scelta multipla e relazione scritta sulla parte pratica

• Risposta sbagliata -1
• Risposta giusta +1
• Risposta non data 0

Testo: patologia post-raccolta dei prodotti vegetali (De Cicco - Bertolini – Salerno)

Spreco alimentare nel mondo

Quanto cibo viene sprecato nel mondo al secondo? Decine di tonnellate cioè 40000 kg → di cibo al secondo 30% per malattie, 70%? → All’anno ne vengono sprecati 1,3 miliardi di tonnellate.

Più perdo più devo aumentare lo sforzo produttivo (perdo il 10% devo aumentare la produttività dell’11%)

Le malattie cambiano anche la vita e la cultura dei paesi (es. in Inghilterra prima bevevano solo caffè, poi nel 1800 una malattia distrugge tutte le colture di caffè e cominciano a consumare il the)

Fattori della malattia

Quali sono i fattori che fanno la differenza su come una derrata reagisce ad una malattia?

Genotipo, varianti della malattia e intensità di infezione, timing, trattamento e ambiente

Approccio triangolare

• Genotipo: recettività, resistenza, immunità
• Ambiente: umidità, temperatura, presenza di antagonisti, presenza di vettori
• Agente: virulenza, patogenicità, potenziale d’inoculo, adattamento all’ambiente

Virulenza patogeno, suscettibilità ospite, ambiente favorevole malattia →

Come difenderci dalla malattia? Ridurre la suscettibilità dell’ospite, ridurre il potenziale di inoculo, modificare le condizioni ambientali

Ci sono malattie che sono legate solo ad ospite e ambiente senza patogeno, le fisiopatie per esempio avvengono in assenza di patogeno, ma solo con interazione ospite-ambiente.

Esiste un quarto fattore importante nella difesa dalla malattia tempo (quadrangolo della → malattia)

Molte malattie sono causate dall’uomo (trasporto di semi infetti, alterazione ambiente)

Definizione di malattia

Cos’è una malattia?

Una condizione anomala che ha effetti sulla struttura e funzione di una parte o del totale dell’organismo e che non dipende da un danno diretto → qualsiasi cosa che impedisca alla pianta di performare il proprio massimo potenziale genetico.

Una pianta sana è una pianta che è in grado di svolgere le sue funzioni fisiologiche al meglio del suo potenziale genetico.

Malattia: funzionamento anomalo di cellule, tessuti e organi della pianta in seguito alla continua irritazione da parte di un agente patogeno (biotico/abiotico) che porti alla comparsa di sintomi.

Fitopatia può essere definita in modi diversi:

• In base all’organo colpito
• In base all’effetto fisiologico sulla pianta
• In base ai sintomi
• Localizzate o sistemiche
• Infettive o non
• In base alla posizione
• Tassonomia
• Sistematica dei patogeni

Per vedere se si ha una malattia

Sintomo: effetto finale di un convergere di diverse azioni e reazioni, ma è ➔ aspecifico (avvizzimento)

Segno: che permettono di identificare un patogeno in modo preciso = riscontro ➔ patologico individuato all’esame obiettivo caratteristico e specifico

Causa malattia

• Biotica: funghi, batteri, virus, viroidi…
• Abiotiche: fisiche o chimiche (condizioni ambientali)
• Genetiche: difetti genetici

Funghi

Abbiamo sempre funghi che partecipano ai menu → non sono solo patogeni

Esistono 1.500.000 specie fungine di cui molti ancora sconosciuti → 10% della biodiversità totale, ma estremamente fondamentali

Il problema “funghi” è in rapida crescita → può essere dato da un maggior studio, ma anche i movimenti della gente e la facile adattabilità di funghi

Tipologie e ruoli dei funghi

Funghi

• Funghi eduli → commestibili (tartufo, porcino)
• Funghi decompositori → efficienza enzimatica con effetti benefici (riciclo degli elementi) o effetti dannosi (degradazione e contaminazione)
• Funghi micorrize → la loro simbiosi con le piante ha creato radici micorrizate che hanno fatto emergere le piante → incremento produzione vegetale
• Micosi vegetali e animali
• Funghi fermentatori
• Funghi fonti di principi attivi → penicillina e ciclosporina

I funghi sono:

• Eucarioti
• Immobili (risolta con la facilità di crescita)
• Chemiosintetici
• Eterotrofi (dipendenti da composti organici per la nutrizione → produttore di enzimi)
• Parete cellulare rigida, nucleo, mitocondri, RER, REL, apparato di Golgi, membrana plasmatica con ergosterolo e chitina, capsula polisaccaridica esterna
• Uni-pluricellulari
• Riproduzione con spore
• Aerobi (facoltativi)
• Parassiti, saprofiti e simbionti
• Ubiquitari (aria, strati superficiali del suolo, acqua)

Nutrizione per assorbimento: digeriscono all’esterno (extracorporea) e introducono solo i nutrienti → sintesi di enzimi che agiscono all’esterno.

Il fungo ha sviluppato un corpo chiamato micelio = insieme di filamenti, spesso ramificati, detti ife. Le ife sono ramificate per coprire un’ampia zona di colonizzazione e di fonte nutritiva. L’ifa è il primo metodo per identificare un fungo:

• Settate: cellule separate da setti → vantaggiose per l’evoluzione perché vengono delimitati i danni → indice di evoluzione
• Non settate o cenocitiche indice di antichità →

Il setto può avere forme diverse:

• Semplice
• Doliporo: si aprono e si chiudono con il controllo di proteine (evoluzione ulteriore) tipico dei basidiomiceti →

Le ife si allungano per accrescimento apicale per motivi strutturali ed energetici: nell’apice che è plastico e nuovo si accumulano gli elementi necessari per l’accrescimento.

Gli ascomiceti e i basidiomiceti formano corpi fruttiferi macroscopici che hanno, però, un micelio nascosto sottoterra.

Alcuni lieviti sono in grado di crescere in forma levuliforme o micellare, altri in entrambi i modi (= dimorfismo cellulare) in base alla temperatura in cui si trovano → in scarsità di nutrienti l’ifa è più efficiente, in ambienti ricchi è più efficiente la vita da lievito

Caratteristiche morfologiche

Caratteristiche morfologiche → valore tassonomico

• Rizoidi: struttura simil radice con funzione di ancoraggio, ma non svolgono funzioni nutrizionali
• Clamidiospore: non sono spore, ma un ispessimento a livello del setto e servono come forma di resistenza
• Sclerozi: ife compattate che formano un corpo duro che permette al fungo di vivere per anni grazie alla protezione degli strati esterni. Alcuni sclerozi possono anche essere mangiati (native bread)
• Appressori: forma di penetrazione delle cellule vegetali (patogeni)
• Austorio: fungo penetra nella cellula vegetale senza ucciderla subito: si instaura una fase scambio/simbiosi tra patogeno e pianta → cambio delle strutture del fungo chiamate appunto austorio
• Arbuscoli: simili a radici e servono per lo scambio di acqua e sali minerali e per l’accumulo di principi nutritivi
• Cordoni: insieme di ife per resistere a condizioni ambientali avverse e per infettare meglio la pianta

Riproduzione dei funghi

Riproduzione → valore tassonomico

• Sessuata (teleomorfa): spore sessuate o gamiche → spore con ricombinazione genetica che porta a variabilità
• Asessuata (anamorfa): spore asessuate o agamiche → no variabilità
• Vegetativa: porzioni di micelio

Spora = propagulo microscopico specializzato per la dispersione o per la sopravvivenza in stato di latenza:

• Parete più ispessita con strati addizionali e pigmenti aggiuntivi (melanine)
• Citoplasma denso e organuli poco sviluppati
• Contenuto idrico ridotto, come respirazione e sintesi di proteine e acidi nucleici
• Elevate concentrazioni di materiali energetici di riserva
• Forma asessuata: spora piccola, parete poco ispessita → ridotta capacità di sopravvivenza (diffusione della specie)
• Forma sessuata: spora più grande, parete più ispessita → migliore capacità di sopravvivenza (conservazione della specie)

La loro caratteristica è che si diffondono molto velocemente grazie a:

• Moti dell’aria
• Attività antropiche
• Vettori animali (insetti)
• Movimenti acqua
• Dispersione attiva

La germinazione delle spore fungine avviene per emissione di un tubo germinativo. Una spora è in grado di diffondere malattie grazie a fattori ambientali (ossigeno, anidride carbonica, acqua, temperatura, substrato, fattori biologici).

Sviluppo e nutrizione fungina

Lo sviluppo fungino è condizionato da:

• Condizioni nutrizionali: carbonio, azoto, macro- microelementi, sostanze di crescita
• Condizioni ambientali: temperatura, aw, aerazione, illuminazione, concentrazione idrogenionica

I funghi si nutrono per assorbimento → teoria chemio-osmotica → pompe ioniche

• Ioni (H⁺) verso l’esterno
• Differenza di potenziale
• Rientro ioni mediato da proteine di simportazione
• Assorbimento molecole organiche

Le zone delle ife hanno specializzazioni diverse in base allo sviluppo e alla funzione → le ife più giovani hanno un tasso di assorbimento dei nutrienti più veloce ed efficace (strategia di esplorazione)

Le fonti di carbonio preferite sono i monosaccaridi (tutti) → le altre fonti servono per differenziare (lignina)

In base alla fonte di carbonio il fungo ha una efficienza diversa → energia

Fonti di azoto: (punto di differenziazione)

• Nessun fungo utilizza azoto atmosferico
• Azoto amminoacidico
• Nitrato
• Ammonio

Temperatura:

• I maggiori danni sono dati dai funghi psicrofili: temperature basse (frigorifero)
• Funghi mesofili: 15-20°C (campo)

Il patogeno della banana è solitamente mesofilo, ma ci sono alcuni isolati si comportano in modo diverso anche se appartenenti allo stesso patogeno

Attività acqua:

aw = p/p’

Metodo di differenziazione

Concentrazione idrogenionica = pH

Vivono tranquillamente a pH 5

Classificazione funghi

Classificare → semplificare

In base a diversi criteri: temperatura, utilizzo del carbonio, pH…

• Le specie sono disposte in Clade (gruppo) → cladistica → definisce una vicinanza (si legge dal basso = i Bacteria sono più vicini agli Archea che agli Eukaria
• Gruppo monofiletico che comprende un antenato comune di due gruppi
• Gruppo parafiletico = non hanno un antenato comune
• Gruppo polifiletico include ordinamenti con diversi antenati

Definiamo una specie come una cosa che ha un comune antenato e solo lui → si guarda la storia evolutiva → diamo un nome solo se monofiletico → ma ci serve anche l’analisi del DNA

Gruppo monofiletico

Gruppo polifiletico

Le sequenze di DNA sono più simili se provengono da un antenato comune → si misurano le basi uguali → quante mutazioni devo fare per passare dalla specie A alla specie B?

Applichiamo un concetto di parsimonia → semplificazione dei passaggi

Creiamo degli alberi che ci dicano chi è più vicino all’altro → il livello di differenze evolutive

Si creano così tre grandi regni con la differenziazione del rRNA

• Specie
• Genere
• Famiglia
• Ordine
• Classe
• Phylum
• Regno
• Dominio
• Vita

Ad oggi quando classifichiamo i funghi, li classifichiamo in un certo modo perché sono cambiati i metodi di classificazione → i funghi non sono piante

La classificazione è un continuo evolversi

Tassonomia molecolare = classificazione ottenuta mediante analisi del DNA → tiene conto della filogenesi (storia evolutiva di un gruppo di organismi alla luce delle loro relazioni reciproche di discendenza e di affinità).

Nei funghi permette di identificare la corrispondenza anamorfo-telemorfo:

• Funghi inferiori (Cenomiceti) → ifa non settata → Chitridiomiceti, Zigomiceti, Glomeromiceti
• Funghi superiori (Dicariomiceti) → ifa settata → Ascomiceti, Basidiomiceti

La linea evolutiva dei funghi si è staccata dal resto degli eucarioti circa 1 miliardo di anni fa, quindi gli attuali funghi sono molto diversi tra loro anche se condividono caratteri ancestrali.

Chitridiomiceti

• Solo 1000 specie
• Principalmente saprofagi
• Ambiente acquatico e molto umido
• Producono spore flagellate

Di ogni gruppo fungino esiste una storia ciclo-vitale che se conosciuta può essere interrotto → da guardare se non si guarda il DNA

Zigomiceti

• 1100 specie
• Terrestri
• Principalmente saprofagi
• Alcuni sono parassiti → mucormicosi che causano problemi polmonari
• Micelio ben sviluppato e senza setti → produce spore non mobili all’interno degli sporangi (zigospora)
• Quando attaccano una pianta riescono a penetrare solo in zone morte o ferite
• Rizoidi che permettono un ancoraggio migliore degli sporangi
• Produttori di enzimi

Glomeromiceti

• Circa 160 specie note
• Prima erano inclusi tra gli zigomiceti
• Funghi edafici → vivono nel terreno
• Formano endomicorrize → presenti nell’80% delle piante
• Riproduzione asessuale → con blastospore
• Riproduzione sessuale (sconosciuta) → più efficace

Le micorrize formate da glomeromiceti sono anche definite Micorrize-vescicolo-arbuscolari (VAM)

Le ife fungine non vengono in contatto diretto con il citoplasma della cellula vegetale → simbiosi e scambi tra cellula fungina e cellula vegetale

Ascomiceti

• Più di 32000 specie note
• Causano micosi vegetali (Malbianco)
• Pluricellulari → ife settate → corpi di Woronin = corpuscoli in grado di chiudere e aprire il setto
• Unicellulari
• Principali funghi in post-raccolta
• Riproduzione sessuale → formazione di aschi = sporangi claviformi
• Ciclo vitale complesso → fase aploide + fase diploide + fase dykarion

L’ascocarpo può avere forme diverse → valore tassonomico

Basidiomiceti

• Quasi 30000 specie descritte
• Hanno un basidio che porta le spore
• Alta capacità d’adattamento
• Alta variabilità genetica
• Hanno setti a doliporo
• Ciclo vitale molto complesso → fase aploide + fase diploide + fase dykarion maggiore (per ottenere vantaggi da entrambi i nuclei)
• Riproduzione sessuale → formazione di basidi (piccolo piedistallo) e basidiospore

Le basidiospore sono generate da corpi fruttiferi detti basidiocarpi

Funghi mitosorici e oomiceti

Funghi mitosorici → Stesso fungo in condizioni riproduttive diverse

Gli oomiceti sono importanti causa di malattia su piante → non sono funghi, ma piante → micelio con cellulosa e glucani. I più conosciuti Perospore e Pythium

Micotossine

Micotossine = prodotti del metabolismo secondario dei funghi

I funghi producono metaboliti secondari per avere un vantaggio evolutivo → questi metaboliti secondari sono però tossici → micotossicosi

Micotossicosi = tossicosi di origine fungina

• Esotossine: prodotte dal micelio e secrete nell’ambiente (tossine di Aspergillus, Penicillium, Fusarium…) → quando il suo ruolo è di fare qualcosa di attivo nell’ambiente → tipiche dei funghi filamentosi (Fusari; Aspergillus…)
• Endotossine: prodotte dal micelio e trattenute all’interno dei basidiocarpi (veleni di Amanita, Boletus…) → forma di protezione

Endotossine

• Termolabili
• Termostabili → sindrome a lunga latenza = sindrome falloidea (Amanita muscaria)

I funghi di interesse alimentari producono esotossine → le micotossine preoccupano perché i menu di tutti i giorni possono esserne fonte

Le micotossine sono sostanze tossiche in grado di causare anche a basse concentrazioni, avvelenamenti, malattie e morte → composti a basso peso molecolare prodotti da funghi come metaboliti secondari tossici a basse concentrazioni per uomini e animali vertebrati

• Antibiotici → tossiche per microorganismi
• Fitotossine → tossiche per piante
• Veleni → prodotti da macro-funghi

Le micotossine possono essere prodotte sia in campo sia in magazzino e hanno una stabilità chimico-fisica elevata

Classificazione micotossine:

• Organo bersaglio → fisiologi
• Della struttura → chimici
• Origine biosintetica → biochimici
• Patologia indotta → medici
• Attività → biologi cellulari
• Funghi produttori → micologi

Se ho il fungo, ho anche la micotossina? dipende dal tipo di fungo →

Non tutti i ceppi appartenenti ad una specie produttrice sono produttori → non tutti i ceppi sono in grado di produrre micotossine → dipende dalle condizioni in cui si trova il fungo

• Fattori genetici: diversità regolatori e recettori, presenza di geni
• Per esempio, tra i ceppi di A. flavus sono produttori di micotossine: 98% dei ceppi isolati da arachidi, 81% dei ceppi isolati da semi di cotone e il 20% dei ceppi isolati da riso
• Condizioni ambientali: temperatura, concentrazione ossigeno, substrato → le condizioni ambientali per la produzione delle micotossine non sono necessariamente le stesse di sviluppo dei miceti

Il fungo deve scegliere tra metabolismo primario e metabolismo secondario → in base alle condizioni ambientali

Le tossine hanno un ruolo di vantaggio ecologico → fitness nell’ambiente (competizione), protezione o virulenza

Assumiamo micotossine mangiandole direttamente o venendo in contatto in modo indiretto

Aflatossine

Prodotte da diverse specie di Aspergillus

Fortemente epatotossici e attività cancerogena anche a concentrazioni molto basse

Alimenti ad alto rischio → mais, arachidi, noci brasiliani e pistacchi

Alimenti a basso rischio → fichi, mandorle, uva sultanina, spezie

Possono entrare nel latte e nei derivati

Il rischio grosso delle aflatossine è che so