Esame micologia: appunti parte 1

Cos'è un fungo

Nel regno dei funghi vi sono diverse tipologie, non solo gambo e cappello ma anche tartufo, strutture unicellulari come i lieviti e le muffe. La prima caratteristica è che questo gruppo comprende organismi che hanno morfologie molto diverse. In particolari condizioni il corpo dei funghi (micelio che è un insieme di ife) si organizza in particolari tessuti che escono dal terreno come tartufi o altri funghi.

Il regno dei funghi è stato fondato intorno al 1959 dov'è stata proposta la suddivisione nei 5 regni; il regno animale e quello fungino hanno come antenato comune un coanoflagellato. I funghi risalgono all'ortoriciano 460 milioni di anni fa.

Caratteristiche dei funghi

Attraverso analisi molecolari (filogenetica molecolare dove per attribuire il regno si prendono come riferimento i geni house kipping ovvero geni che sono altamente conservati e li ritroviamo in tutti gli organismi viventi, si utilizzano normalmente i geni che codificano per l'RNA ribosomale. Sia nei procarioti, sia negli eucarioti è possibile distinguere tre bande di RNA ribosomale, indicate in base al loro valore di sedimentazione; nei procarioti RNA 5S, 16S e 23S, negli eucarioti 5.8S, 18S e 28S. I geni che codificano per 16S e 18S sono i più comunemente usati), possiamo prendere come riferimento anche la caratteristica di pluricellularità o unicellularità o ploidia (nucleo aploide o diploide), tipo di crescita e nutrizione, quindi le caratteristiche riguardanti la fisiologia dell'organismo. Ora andiamo a caratterizzare i funghi in base a queste caratteristiche.

Il fungo è formato da ife che sono tubuli che si accrescono apicalmente ovvero che hanno una parte terminale di crescita (quindi crescita apicale unidirezionale); sono organismi eucarioti quindi dotati di nucleo e che hanno all'interno delle strutture compartimentalizzate (chiuse da membrane). Hanno una nutrizione di tipo eterotrofa ovvero che hanno bisogno di materia organica preformata derivante dai substrati che degradano; a differenza nostra noi abbiamo una digestione enzimatica interna mentre i funghi hanno una digestione enzimatica esterna quindi loro producono enzimi che vengono rilasciati all'esterno, degradano la materia organica su cui si trovano e assorbono le sostanze.

Immaginiamo i tubetti con la parte apicali che ha delle zone che rilasciano nell'ambiente esterno gli enzimi che, rilasciati, degradano la sostanza organica su cui sono in sostanze organiche semplici che vengono riassorbite dalla zona sub-apicale. La parete cellulare è formata prevalentemente da chitina che ritroviamo anche negli insetti; essa è strutturata in più strati che vedremo dopo; la parete è adesa alla membrana cellulare che è formata da ergosterolo al posto del colesterolo delle cellule animali.

Il nucleo è delimitato da una membrana e sono aploidi, questo non vuol dire che l'organismo è aploide perché l'organismo può avere all'interno più nuclei aploidi. Con micota o eumicota si identificano i veri funghi (che hanno quindi le caratteristiche sopra descritte).

Riproduzione dei funghi

I funghi hanno due tipi di riproduzione:

• Di tipo sessuale: avviene attraverso la produzione di spore.
• Di tipo asessuale: avviene attraverso la produzione di conidi.

All'interno del regno dei funghi abbiamo il phylum dei Chytridiomycota (i più antichi e meno evoluti), phylum Zygomycota, phylum Glomeromycota (phylum introdotto nel 2001 e li troviamo come simbionti di vegetali formando endomicorrize e ectomicorrize), phylum Ascomycota, phylum Basidiomycota (sono i più evoluti) e phylum Deuteromycota (non sono vero e proprio phylum, ma è stato creato per classificare i funghi e le specie Ascomycota e Basidiomycota ma dei quali non si conosce la riproduzione sessuale ma si conosce solo la riproduzione asessuale).

Vi è anche il regno degli Straminiphyla di cui fanno parte organismi che sono stati eliminati dal regno dei funghi; in questo regno troviamo gli Oomycota che sono molto simili ai funghi derivanti da un organismo procariote. I funghi sono molto utilizzati a livello industriale, alimentare ed ambientale.

Interazioni dei funghi

Abbiamo quindi due tipi di interazioni:

• Negative: i funghi possono creare importanti danni all'agricoltura perché molti funghi sono fitopatogeni e possono causare marciumi o perdite di raccolti. Es. marciume secco; formazione di muffe (spoja sg dove rientrano tutti i processi di degradazione del substrato quindi muffa nera, matrici alimentari, fitopatogeni che attaccano i vegetali, ecc.); l'attacco ai vegetali come la Phytophthora infestans che è una pianta responsabile della peggiore carestia che ha colpito l'Europa nel 19° secolo (dall'Europa è stato trasportato un oomycota in Irlanda dove ha attaccato tutte le piante di patate e, visto che la popolazione vivevano grazie all'assunzione di patate, ci fu un'infestazione molto grave); Ophiostoma ulmi è un fungo che ha causato la malattia del golfo che si è diffusa in due ondate diverse; abbiamo altre interazioni negative come la produzione di micotossine (metaboliti secondari) prodotti dal fungo derivanti dal metabolismo secondario che raggruppa diversi processi metabolici accumulati dal microrganismo in determinate condizioni e agiscono a livello del fegato (epatotossici); possono essere tossine prodotte da Aspergillus flavus che è una muffa che produce alfatossine (metaboliti secondari prodotti nel micelio in condizioni di umidità e temperatura elevata) identificate attraverso la fluorescenza ed esse sono alfatossine B (fluorescenza blu), G (fluorescenza verde) e M (ritrovate nel latte) scoperte in Inghilterra perché nel 1800 circa c'è stata una moria di tacchini e non si capiva il motivo. Altre interazioni negative sono le micosi solitamente cutanee negli animali e nell'uomo, ma possono essere anche profonde, sottocutanee o sistemiche (quando viaggiano attraverso il sistema linfatico o sanguigno come la Candidasicas che è un fungo dimorfico ovvero che può esistere sotto forma lievitoide se è in condizioni ottimali o miceliale se devi infettare la mucosa); soprattutto le muffe possono causare allergie provenienti da funghi demarziacee che contengono melanina nella parete e grazie ad essa riescono a superare le barriere del nostro organismo arrivando nell'apparato respiratorio oppure provenienti da funghi penicilliacee contenenti ife bianche perché prive di pigmenti. Allergie e micosi si verificano quando l'organismo è già stressato sia in animali che in uomini. Abbiamo anche le ergotine prodotte da Claviceps purpurea che è un basidiomycota fitopatogeno, attacca le piante di segale e forma dei cornetti neri che, se consumato danno allucinazioni.
• Positive: simbiosi mutualistiche, micorrize, funghi amici ovvero che possono essere utilizzati a scopo alimentare come Agaricus bisporus, champignon, porcino, campanella, ecc. Alcuni però sono velenosi e possono causare sindromi di avvelenamento che possono risolversi non causando danni permanenti oppure altri che possono causare la morte come il genere amanita. Abbiamo anche le muffe che vengono utilizzate nell'agroalimentare usata per la maturazione di formaggi e salumi perché effettuano la digestione enzimatica esterna; questi funghi sono il Penicilium roqueforti e camemberti, Rhizopus oligosporus usate per produrre il tempè (semi di soia inoculati con questo fungo), Galactomyces geptrichum per fermentare la manioca e produrre il gari, A. oryzae usato per produrre la salsa di soia, quorn (Fusarium venenatum) è una fonte alternativa di proteine ed è anch'esso una muffa e deriva dal progetto delle fonte proteiche alternative alla carne ed esso è il miglior prodotto riuscito. Anche il lievito è un esempio di biomassa perché venduto come integratore come fonte di vitamina B. I bioreattori sono strutture in cui si riescono a mantenere condizioni controllate di temperatura, umidità, ecc. dove viene fatto crescere il micelio del Fusarium ma senza lasciar sviluppare le strutture riproduttive perché potrebbero essere tossiche, viene poi raccolto, lavorato e si producono i vari alimenti come polpette, hamburger, ecc. Sempre a livello industriale- farmaceutico possiamo utilizzare i funghi per produrre metaboliti secondari: molti funghi rilasciano enzimi o altre molecole che producono all'esterno e ciò è utile per avere direttamente quel, ad esempio, metabolita che mi serve all'esterno senza dover andare a prenderlo dall'interno; in questo modo non rischio di romperlo, di perderlo o di denaturarlo durante l'estrazione della sostanza che mi serve. Come, ad esempio, l'acido citrico che è molto utilizzato ed è prodotto da Aspergillus niger in determinate condizioni, vengono prodotti anche altri acidi e permettono di degradare e digerire le sostanze che servono per sopravvivere; inoltre, anche le spore aiutano la sopravvivenza perché sono strutture di resistenza che permettono di rimanere vive in dormienza per molto tempo nell'ambiente fino a quando le condizioni sono quelle di cui hanno bisogno per poi germinare. Vi sono anche altri metaboliti secondari solitamente usati a livello industriale come la penicillina prodotta dal penicillo che è anch'essa una muffa facente parte dei Deuteromycota con attività antibatterica, le gibberelline che sono simili ai fitormoni (ormoni vegetali), cefalosporine, griseofulvin, fusidin, ciclosporine, zearalenone, ergotine hanno effetto allucinogeni prodotti da Claviceps purpurea che è un basidiomycota fitopatogeno, attacca le piante di segale e forma dei cornetti neri che, se viene consumato danno allucinazioni. Le ergotine sono usate oggi come precursori di morfina e codeina. Vengono utilizzati anche altri enzimi prodotti dai funghi per degradare materie più complesse e biocarburante.

Lezione 212 ott '21

Come si accrescono i funghi

La crescita a livello apicale avviene solo per i funghi formati da ife ovvero miceliali mentre le forme lievitoidi si dividono per gemmazione o scissione. Vi sono dei funghi dimorfici che quindi possiedono entrambi li stati quindi a seconda delle condizioni ambientali possiamo trovarli in forma lievitoide (unicellulari) o in forma filamentosa; per la forma unicellulare in determinate condizioni ambientali iniziano a germinare producendo un tubetto germinativo da cui si sviluppa poi tutto il micelio.

Abbiamo detto che le forme lievitoidi per formare il micelio iniziano a germinare e stessa forma fanno le spore. Il fungo si riproduce tramite spore che vengono liberate nell'aria e rimangono dormienti anche per anni e sono comunque vive e, quando ci sono le ottimali condizioni ambientali per la spora, essa inizia a formare un tubetto che cambia a seconda del luogo e condizioni ambientali; l'obiettivo di qualsiasi organismo è di garantire la maggior diffusione della specie per garantirne la sopravvivenza.

Appena la spora inizia a germinare (formazione del tubicino) si forma anche l'apice che guida la direzione di crescita del fungo. Il tubetto germinativo prende il nome di ifa e si allunga formando delle ramificazioni; il fungo ha a livello apicale una zona dove vengono rilasciati gli enzimi e una zona appena sotto cioè la zona sub-apicale dove avviene l'assorbimento dei nutrienti ed è qui dove si formano le ramificazioni.

La direzione della crescita del fungo e le ramificazioni del fungo sono legate da stimoli esterni: disponibilità di nutrienti quindi se ho tanti nutrienti devo ramificare perché devi formare tanti apici in modo da potere assorbire più nutrienti possibili, ci sono anche delle riserve energetiche ovvero il glicogeno, trealosio e mannosio.

L'IFA è una struttura tubulare rivestita da parete formata da glucani e chitina e contiene protoplasma. Il diametro va dai 2- 100 (0.1 mm) / 150 micron. La parete è pluristratificata ma è strutturata in diversi modi lungo l'ifa; infatti, lo spessore varia in base alla zona in cui ci troviamo: zona sub-apicale abbiamo la parete più sottile come anche nella zona apicale, mentre nella parte più vecchia del micelio è più spessa e più strutturata. Sotto la parete dell'ifa abbiamo la membrana plasmatica che è saldamente ancorata alla parete ed è strutturata come tutte le membrane plastiche quindi con proteine di membrana, dei pori, ecc.

Nella parte apicale ci sono tanti pallini che sono vescicole che servono a trasportare i componenti che servono a sostenere la crescita apicale del fungo. Le ife sono continuamente in crescita quindi viene sintetizzata continuamente nuova parete e membrana che viene rigenerata tramite fusione di vescicole di membrana prodotte nel Golgi e trasportate verso l'apice e vengono rilasciati enzimi e componenti di parete che vengono aggiunti alla ifa in crescita. Il trasporto delle vescicole è strettamente correlato al citoscheletro. Le vescicole raggruppate spingono l'apice in avanti, aggiungono componenti di pareti che sono lassi nella parte apicale per poter aggiungere nuovi componenti infatti aggiungo un nuovo componente e quello vecchio si sposta all'indietro e pian piano inizia ad organizzarsi e strutturarsi.

A livello apicale abbiamo un cluster di vescicole apicali o Spitzenkörper contenenti enzimi, dietro c'è il complesso del citoscheletro dove passano le vescicole, al di sotto c'è una zona contenente molti mitocondri perché è una zona metabolicamente molto attiva quindi richiede energia prodotta dai mitocondri, ci sono poi i nuclei, il RER e il Golgi.

Nella porzione sub-apicale ci sono molti canali calcio attivati da sollecitazioni meccaniche (strange activated) che vengono aperti dalla spinta di crescita provocati dai raggruppamenti di vescicole e ciò crea un cambio di concentrazione di calcio coinvolti nel trasporto delle vescicole verso la porzione apicale del fungo.

Le clamidospore sono strutture di resistenza che si formano quando il fungo invecchia. Nella parte più vecchia del fungo non ci sono zone apicali attive. Quando il fungo si ramifica lo fa molto e le parti attive sono solo quelle apicali non quelle vecchie dove posso andare incontro a autolisi o eterolisi quindi si degrada formando le clamidospore che sono pezzi di micelio che in particolari condizioni potrà dare origine al nuovo micelio quindi al nuovo fungo. Qualsiasi pezzo del fungo può produrre un nuovo fungo in condizioni ambientali ottimali.

Nell'immagine è stato usato un colorante verde che identifica le molecole collegate allo stresso ossidativo mentre la parte rossa identifica la membrana e le vescicole che si raggruppano nella zona apicale formando lo Spitzenkörper sembra essere correlato alla percezione della gravità. Infatti, i funghi che si trovano in condizioni di microgravità simulata al posto di avere le porzioni apicali in crescita e al posto di essere tubuliformi hanno una forma a salsiccia ovvero che le vescicole non vengono veicolate nel modo corretto nella porzione apicale non avendo la sintesi della nuova parete.

Come si sviluppa/cresce il micelio

La spora germina, si forma il tubetto germinativo che si allunga sempre più, poi si ramifica diffondendosi sempre di più. La parte attiva è sempre e solo la parte apicale. Quando c'è carenza di nutrienti, la parte più attiva del micelio che si stanno allungando possono fondersi tra di loro (anastomosi ifale) avendo la condivisione del citoplasma, del nucleo, dei vari organelli e dei nutrienti.

Le ramificazioni normalmente si verificano sotto la zona di crescita, ma ci sono casi in cui l'apice di crescita viene interrotto soprattutto in condizioni di stress (shock termico, cambio rapido di pH, ecc.) perdo completamente l'apice che si blocca e si forma ife dicotomiche ovvero che hanno la biforcazione. Le troviamo molto spesso in assenza di gravità.

Il microscopio elettronico a trasmissione mi fa vedere l'interno mentre il SEM (microscopio elettronico a scansione) mi fa vedere all'esterno.

Forme unicellulari dei funghi

Molti dei nostri funghi sono in forma lievitoide e miceliale, in questo caso si parla di dimorfismo. Il passaggio da uno stato all'altro dipende dalle condizioni ambientali che variano in base alla specie. Es. per la Candida cambia stato quando avviene un cambio di temperatura e disponibilità di nutrienti; in condizioni ottimali si trova sotto forma di lievito mentre quando si trova a parassitare passa alla forma miceliale con temperature più basse.

I lieviti sono funghi unicellulari rivestiti da parete con all'interno un solo unico nucleo (nelle ife vi sono più nuclei aploidi e possono essere anche diploidi) e i vari organelli; hanno una crescita isodiametrica ovvero che aumenta le dimensioni durante la crescita; i generi che troviamo normalmente sono Saccharomyces cerevisiae (Ascomycota), Cryptococcus spp. (Ascomycota) Sporobolomyces roseus (Basidiomiceti) che sono solo lievitoidi, mentre gli altri funghi sono in entrambe le forme; i lieviti si possono riprodurre tramite:

• Scissione: cellula madre aumenta le dimensioni, duplica il nucleo e gli organelli, si forma il setto di divisione che divide in due cellule figlie.
• Gemmazione: abbiamo una cellula madre da cui si forma una protuberanza che da inizio alla formazione della cellula figlia: il nucleo migra in prossimità della gemma, si divide in due nuclei, uno di essi migra nella protuberanza e l'altro rimane all'interno della cellula madre, la gemma aumenta le sue dimensione e poi si forma un anello di chitina che inizia ad allargarsi formando una piastra di chitina che si circonda ai lati di materiali di parete e successivamente, per taglio enzimatico abbiamo la separazione della cellula figlia dalla cellula madre. Può essere multipolare che ogni punto della cellula madre può originare una cellula quindi la cellula figlia avrà più cicatrici e una volta che la cellula madre ha gemmato in ogni punto possibile della cellula, non gemma più quindi ha un numero limitato di gemmazioni o bipolare che avviene solo ad un polo della cellula.