il regno dei funghi: appunti di micologia

PRINCIPALI CARATTERISTICHE DEI FUNGHI

I funghi che fanno parte della nostra alimentazione, sono quelli che in inglese sono noti come

mushroom, di cui osserviamo sul terreno e mangiamo il corpo fruttifero, una struttura a cappello. I

funghi di interesse per la salubrità e la sicurezza delle produzioni vegetali sono i microfunghi, funghi

si trovano all’interno

che per la maggior parte della loro vita sono nascosti all’occhio umano poichè

della matrice che permeano.

I funghi appartengono al loro Regno speciale, Regno dei Funghi, poiché essi differiscono

significativamente sia dalle piante che dagli animali. I funghi possono esistere come cellule singole

o catene di cellule, a formare strutture lunghe filamentose (ife). Il corpo vivente del fungo (tallo) è

detto micelio ed è costituto da una fitta rete ramificata di filamenti; ogni filamento prende il nome di

costituisce l’unità elementare

ifa, che dei funghi filamentosi. e si allunga all’interno

Ogni ifa è una catena di cellule, che man mano si accresce della matrice

permeata a caccia di sostanze nutritive. Infatti, il micelio fungino è solitamente nascosto in una

matrice, fonte di alimento (es. foglia, legno, cariosside, fetta di pane,

etc.) e ci si accorge della loro presenza solo quando si differenziano

le loro strutture riproduttive (spore, corpo fruttifero, etc). A volte

non è possibile.

Esistono anche funghi unicellulari, come i lieviti, la cui unità

strutturale è la cellula.

Per le loro caratteristiche specifiche i funghi costituiscono un regno

all’interno dei diversi taxa degli esseri viventi e sono l’ultimo

a parte raggruppamento di

microrganismi per i quali è valida la definizione di specie espressa come un gruppo di individui che

sono fecondi tra di loro e danno origine ad una progenie fertile. Questa definizione inizia ad essere

in parte valida in quanto i funghi sono microrganismi in cui coesistono elementi e meccanismi di

moltiplicazione insieme ad elementi e meccanismi di riproduzione.

E’ importante distingue il concetto di moltiplicazione da quello di riproduzione.

Il meccanismo di moltiplicazione riporta direttamente alla fissione binaria dei batteri, gemmazione.

non c’è unione di due cellule di origine

È il meccanismo di riproduzione asessuata o agamica, in cui consiste nell’unione

sessuale. Il meccanismo di riproduzione è un meccanismo sessuato o gamico

di due gameti, cellule sessuali.

CARATTERISTICHE DEI FUNGHI

• L’esistenza

Sono organismi eucarioti, non mobili e mancanti di clorofilla. di elementi di

moltiplicazione insieme a meccanismo sessuali poteva far rientrare questi organismi nel regno dei

vegetali, in quanto soltanto nella piante c’è la capacità manifesta di moltiplicarsi agamicamente o

Ma tra queste cellule c’è una

riprodursi sessualmente. differenza essenziale: la mancata produzione

di clorofilla nei funghi. Quindi questi sono considerati eucarioti stretti e mostrano alcune

caratteristiche specifiche:

- presentano nucleo, mitocondri, e ribosomi 80S, tipici degli organismi eucarioti;

- sono di dimensione più grande di quella dei batteri;

- la parete cellulare è complessa, a base di chitina, con prevalenza di componente polisaccaridica;

- la membrana plasmatica contiene ergosterolo piuttosto che colesterolo;

- esigenze nutrizionali semplici. 1

• Sono unicellulari o multicellulari a seconda della specie

• Sono organismi non-fotosintetici, si procurano i nutrienti per assorbimento (producono enzimi

digestivi).

• Possono presentare uno stadio aploide (n) e diploide (2n).

• Si riproducono sessualmente e asessualmente.

 ESIGENZE NUTRIZIONALI

Le esigenze nutrizionali sono semplici (carbonio e azoto) ed ampi range di tassi di crescita (colonie

visibili in pochi giorni o qualche settimana). l’ospite

Alcune categorie di funghi sono parassiti obbligati, hanno un rapporto privilegiato con e per

questo sono capaci di vivere e svilupparsi solo sull’ospite e non sui substrati di laboratorio. Questo,

infatti, rende più complicata la gestione e la caratterizzazione della coltura, anche se la possibilità di

fare indagini metagenomiche può fornire risultati interessanti.

Una delle caratteristiche particolari che ha importanza da un punto di vista della qualità nutrizionale

il pathway dell’acido α-ammino-adipico.

è la sintesi della lisina attraverso la via della tripla A,

Questa caratteristica li rende differenti dagli altri microrganismi che non sono in grado di sintetizzare

la lisina.

PARETE CELLULARE E’

La parete cellulare fungina conferisce la forma e protegge dalla lisi osmotica. a base di chitina,

glucani diversi, mannani, e polisaccaridi complessi (80-90%). Solo una piccola parte è costituita da

proteine e lipidi.

La chitina (micosina) è un amino-polisaccaride simile alla cellulosa, in cui un ossidrile è sostituito

da un gruppo acetilaminico. β-1-4

La cellulosa è un polisaccaride formato da molecole di glucosio con legami glicosidici, in

lunghe catene non ramificate.

componenti polisaccaridici all’interno

I dei diversi Phyla, categorie tassonomiche, sono presenti in

modo diverso. Seguendo uno sviluppo filogenetico, partendo da Oomycota, prevalentemente legati

all’ambiente acquatico, fino a Basidiomycota, i meccanismi di moltiplicazione e di riproduzione sono

sempre più complessi, e anche la composizione della parete varia.

Negli Oomycota si osserva la predominanza di glucani, come matrice della parte cellulare, in cui la

β(1,3)-β(1,6)-glucani.

componente fibrillare è costituita da un doppio strato di cellulosa e In

Chytridiomycota, si osservano polimeri fibrillari di chitina e glucani, dispersi in una matrice di

glucani. Dunque, la matrice di glucani è

caratteristica dei funghi primitivi, gruppi

di funghi strettamente associati

all’ambiente acquatico, di cui alcuni di

tipo ameboide, senza alcuna parete

cellulare definita.

Man mano che ci si spostiamo da

Zygomycota fino a Basidiomycota,

funghi veri, la matrice diventa sempre

2

più complessa: si osserva acido poliglucuronico, oppure glucani, mannani, in cui sono inter sperse

sostanze proteiche (glucomannoproteine) che contengono quasi prevalentemente chitina come

componente fibrillare. della matrice all’interno della quale sono

In particolare, più aumenta la complessità inter sperse queste

sostanze, più aumenta la capacità di produzione di determinanti antigenici. La parete cellulare

fungina, infatti, presenta un’enorme quantità di determinanti antigenici, glico-proteine, dovuta alla

predominanza della componente polisaccaridica. Di conseguenza è quasi impossibile individuare a

utilizzando tecniche di sierologie, anche tramite l’uso di anticorpi

livello di specie un isolotto fungino

monoclonali.

Oltre a questi componenti maggiori, la parete cellulare può contenere lipidi, proteine, chitosani,

fosfatasi, amilasi, proteasi, melanina, ioni inorganici (P, Ca, Mg).

La melanina è un pigmento scuro che viene sfruttata dal fungo per sviluppare strutture dei funghi

che sono capaci di perforare un’altra come la parete delle cellule vegetali. L’ifa, nel

parete cellulari

penetrare all’interno di un tessuto vegetale anch’esso

meccanismo di infezione/patogenesi, deve

caratterizzato dalla presenza di una parete cellulare, e mette in atto meccanismi che vanno oltre la

produzione di enzimi litici, che indeboliscono la parete cellulare vegetale, come lo sviluppo di austori

e appressori. La melanina, infatti, in seguito al deposito di grandi quantità della stessa al di sotto della

necessaria per l’attacco all’ospite e la

parete, determina un aumento della pressione puntiforme,

penetrazione. Così la melanina costituisce la matrice capace di far sopravvivere per decenni le

strutture di resistenza del fungo, gli sclerozi, proteggendoli e rinforzandoli. Gli sclerozi sono ammassi

micelici, internamente bianchi ed esternamente scuri e robusti, che possono avere piccole dimensioni

da 50 a 150 µm, chiamati micro-sclerozi, oppure possono avere dimensioni maggiori, pari a 6-7 cm.

[Esempio: segale cornuta. Gli sclerozi avvolgono e infettano completamente la spiga e che assume

la forma di un corno nero. In quel corno c’è del materiale miceliale che all’interno delle

va a finire

cariossidi e quando queste vengono macinate, tutte le sostanze che sono presenti in questi sclerozi

finiscono nella farina. Questo è pericoloso perché in questi sclerozi ci sono sostanze che possono

avere anche conseguenze sul sistema nervoso.]

Inoltre la melanina protegge le cellule dalla radiazione ultravioletta e dagli enzimi litici di altri

organismi.

 MEMBRANA PLASMATICA all’interno regola il

La presenza della parete cellulare esternamente e della membrana plasmatica

passaggio interno/esterno del materiale alimentare attraverso meccanismi di permeabilità selettiva,

integra e protegge le proteine di membrana (chitinsintasi, glucano-sintasi) e, soprattutto, ha un ruolo

fondamentale nei processi di trasmissione del segnale.

E’ strutturalmente simile alla membrana cellulare dei mammiferi e differisce principalmente per la

polare, l’ergosterolo,

presenza dello sterolo non piuttosto che il colesterolo.

biosintesi dell’ergosterolo (i.e., amphotericin B).

Alcuni agenti antifungini interferiscono con la l’ospite

Generalmente, per cross talk si intende il rapporto tra agente patogeno e ospite. Per esempio,

può produrre una sostanza che viene riconosciuta direttamente dal fungo e che funge da elicitore del

meccanismo di patogenesi, per cui il fungo attiva una sistema di produzione di enzimi litici. Tra le

la produzione da parte dell’ospite dell’ormone etilene, l’ormone

strategie di questo tipo rientra

dell’invecchiamento, un meccanismo di risposta all’interno dell’ospite

in modo da innescare che, in

3

modo irreversibile, andrà incontro a senescenza e renderà più facile la colonizzazione e la

penetrazione del fungo.

Questo meccanismo è, però, associato alla resistenza ad alcuni prodotti fungicidi. Ci sono alcuni

agenti anti-fungini che in modo specifico interferiscono con la biosintesi del ergosterolo. Sono i

dell’ergosterolo),

cosiddetti IBE (inibitori della biosintesi fungicidi, prodotti che appartengono al

gruppo chimico degli -azoli, per esempio triazoli, imidazoli, dotati di uno specifico meccanismo di

su un enzima specifico, l'α-sterolo-demetililasi,

azione. Gli IBE agiscono enzima che catalizza la fase

finale del pathway di biosintesi, in cui il lanosterolo viene convertito in ergosterolo; di conseguenza,

l’attività l’ergosterolo

inibendo di questo enzima, non è più sintetizzato. Questo ha un effetto

fungicida in quanto nuove cellule non si possono formare e fungistatico nei confronti delle cellule

che sono state già formate perché non potendo sintetizzare ulteriormente la membrana, non è più

possibile la divisione cellulare. di

Uno dei problemi fondamentali dell’impiego fungicidi è che utilizzando dosi sub-letali,

frequentemente i funghi possono sopravvivere e sviluppare un meccanismo di resistenza. Di solito,

quanto più puntiforme è il

meccanismo di azione del fungicida,

tanto più facilmente il fungo potrà

dare meccanismo alternativo di

resistenza (succede con tutti gli azoli).

Si instaura un forte circolo vizioso tra

attività del prodotto che perde

l’efficacia nel tempo a causa dello

sviluppo di meccanismi di resistenza e

l’aumento della concentrazione per

ripristinare la dose letale: più

l’efficacia diminuisce, più viene aumentata la dose, più aumentano i meccanismi di sviluppo della

resistenza.

Quando, però, ci sono diversi meccanismi che vengono inibiti, è difficile che il fungo riesca a

sviluppare resistenza per tutti questi meccanismi, ed è per questo che lo ione rame è un metodo anti-

fungino vantaggioso. I funghi non hanno la resistenza nei confronti del rame, a differenza dei batteri.

Quindi più puntiforme è il meccanismo, più è facile che si sviluppi una resistenza.

L’ergosterolo è un elemento diagnostico veloce ed affidabile per accertare contaminazione di

determinate specie fungine in alcune matrici alimentari, per es. nelle granaglie (insieme dei principali

cereali coltivati dall’uomo), in quanto è un elemento specifico dei funghi. Per evitare di perdere

tempo, al momento dell’arrivo di una partita di grano al porto, si ricerca subito l’eventuale presenza

dell’ergosterolo e se è presente in grande quantità, allora è dimostrata la presenza di ife fungine; a

quel punto ci si ferma per vedere che tipo di funghi ci sono, se questi producono tossine, ecc.

CARATTERISTICHE STRUTTURALI

In generale, i funghi possono essere unicellulari o multicellulari a seconda della specie. Quelli

multicellulari, presentano strutture tubulari, le ife, che possono essere: settate (pareti cellulari

trasversali) o non settate (cenocitiche), sempre a seconda della specie. La crescita avviene per

estensione apicale:

4

– le ife vegetative crescono su o nel substrato nutritivo (assorbimento);

– le ife aeree solitamente portano strutture per la produzione delle spore (propaguli asessuali).

 TALLO. Il corpo del fungo è chiamato tallo ed è costituito dalle ife che costituiscono il micelio.

Ci sono due diversi tipi di tallo:

- tallo olocarpico è costituito da unica cellula fungina che a maturità si trasforma in organo

riproduttivo (il caso più banale è il lievito). Un tallo olocarpico si può trasformare tanto in elemento

di moltiplicazione (meccanismo asessuato), quanto in elemento di riproduzione (meccanismo

sessuato).

- tallo eucarpico (prefisso eu = ben sviluppato) è costituito da più cellule; in questo caso le strutture

riproduttive si formano su organi apposti del tallo, caratterizzato quindi da zone a diversa

specializzazione.

Mentre il tallo olocarpico o si trasforma in

elemento di moltiplicazione o in elemento di

riproduzione, nel tallo eucarpico possono

coesistere zone in cui si differenziano gli elementi

riproduttivi e zone in cui si differenziano gli

elementi moltiplicativi.

MICELIO. Tallo dei funghi filamentosi. La

è l’ifa fungina.

parte fondamentale del micelio

Esistono due principali tipo di micelio a seconda

della presenza o meno di setti divisori:

cellule dell’ifa

- funghi a organizzazione cenocitica, in cui le perdono la loro individualità, ifa non

settata (cenocitica dal greco: koinos=comune e kitos=vaso). Si osserva un filamento in cui il materiale

dell’ifa

intracellulare è libero di vagare e non c’è una compartimentazione cellulare. La dimensione

non è costante e uniforme, hanno aspetto coralloide. 5

- funghi ad organizzazione cellulare, in cui le ife mantengono la loro integrità, ifa settata. Queste ife

risultano perfettamente ordinate e il loro calibro e uniforme.

L’organizzazione cenocitica è un elemento primitivo caratteristico sia di funghi appartenenti al regno

dei Chromista, phylum Oomycota sia dei funghi Zigomiceti.

L’organizzazione settata è invece tipica dei funghi veri, più evoluti. Due

dell’ifa adiacenti

cellule sono in comunicazione tra loro attraverso due

meccanismi:

- Corpo di Woronin, un corpo scuro e puntiforme, costituito da un

aggregato di calcio, che è posizionato come un tappo sul foro che mette in

collegamento le due cellule. Questa concrezione, aprendosi e chiudendosi

da una cellula all’altra.

regola il passaggio e lo scambio di materiale

Meccanismo caratteristico di Ascomiceti.

- setto a doliporo o parentisomi, un sistema a membrana caratteristico,

una specie di valvola a cappuccio, che funziona aprendosi e chiudendosi.

Meccanismo caratteristico dei funghi più evoluti, i Basidiomiceti.

un’organizzazione

Per evoluzione e filogenesi, il cenocitismo è

caratteristica di un’ifa giovane, appena prodotta. Ma appena diventa adulta,

questa tende naturalmente a settarsi non come caratteristica costitutiva ma

per sopravvivenza, in quanto attraverso questo meccanismo di

frammentazione, permette un migliore mantenimento degli elementi prodotti anche in condizioni di

carenza di elementi nutritivi. Infatti, tanto più ricco di zuccheri è il substrato, tanto più facilmente si

cenocitica, viceversa

osserva un’ifa se il substrato è povero e vecchio, è possibile osservare i setti. A

si cade molto spesso nell’errore di valutare questa

questo punto, infatti, frammentazione di

costituzione di un’ifa

sopravvivenza con la naturale settata.

MORFOLOGIA E RIPRODUZIONE DEI FUNGHI

I talli eucarpici presentano diverse zone di specializzazione che possono svilupparsi in elementi di

moltiplicazione e di riproduzione e a seconda del tipo di

specializzazione si adopera una nomenclatura abbastanza specifica.

Sull’ifa settata, si trovano delle ramificazioni dette conidiofori che

portano i conidi o conidiospore. I conidi sono gli elementi di

moltiplicazione, derivanti da un processo asessuato, prodotti per

gemmazione all’apice dell’ifa conidiofora, e possono essere

unicellulari, pluricellulari, portati liberi in forma di catenelle o

attaccati ad ife più o meno ramificate. Le strutture che portano i

conidi sono le fialidi (=fiaschetta) che possono essere corte o

lunghe, possono presentare canaletti o possono essere saldate su

altri piccole strutture chiamati metule. I conidi sono gli elementi di

moltiplicazione, processo asessuale, mentre le spore derivano da un

processo sessuale, da una combinazione.

6

Sull’ifa cenocitica, tipica dei funghi primitivi, si tro