Micologia - Appunti

I funghi

Punti di verifica

• Quali sono le caratteristiche dei funghi che c permettono di distinguerli dalle altre forme di vita?
• Quali sono le caratteristiche che permettono di individuare le divisioni fungine?
• Caratteristiche dei lieviti. Quali sono le loro relazioni con altri gruppi di funghi?
• Quali sono i funghi a riproduzione asessuale e quali relazioni hanno con gli altri gruppi di funghi?
• Quali sono i tipi di relazione simbiotiche tra i funghi e gli altri organismi?

Per rispondere alla domanda 1 c'è da dire che i funghi non sono né piante né animali poiché essi fanno parte di un regno separato (Opisthokonta). Il regno è vicino al regno animale. Lo dimostrano dati morfologici, fisiologici, chimici e molecolari. Esistono circa 100.000 specie di funghi (1200 nuove specie descritte ogni anno). Alcuni scienziati reputano che esistano circa 1.500.000 specie di funghi stimate nel 1991. Esiste un rapporto 6/1 tra funghi e piante. I funghi li posso trovare nei mari, nelle acque dolci, nelle rocce, deserti ecc.

Importanza dei funghi

L'importanza è di carattere ecologico e soprattutto economico. Ricordiamo che essi sono organismi decompositori ossia degradano macromolecole in subunità più piccole. I principali sono batteri e funghi. Noi abbiamo molte branche della scienza che interessano i funghi:

• Medicina
• Fisiopatologia vegetale
• Aerobiologia
• Cenni culturali
• Biotecnologie
• Cibo
• Industria

Medicina

Nella Medicina ci interessiamo di micosi: infezione da micromiceti. Esse le possiamo dividere in:

• Micosi superficiali e cutanee, senza invadere gli organi profondi. Es. In foto il "fungo delle piscine" o Malattia Pitiriasi da solo problemi estetici. Da una parte questo lievito vive sulla nostra pelle e si può prendere dalle squame di una persona infetta che si attacca al nostro corpo quando la mia pelle ha una composizione di acidi grassi che piace al fungo. In estate si vedono in modo più evidente per la scarsità di melanina in quel punto. In foto il fungo della Candida, fungo che è interessato alle zone umide. Esistono candide:
• Cutanee
• Membrane delle mucose (Vaginiti)
• Onicomicosi
• Esistono altri tipi di funghi in cui è ideale l'ambiente caldo-umido. Nella foto la Tinea Corporis che causa la tricofizia del corpo, tinea circinata, tricofizia delle parti glabre.
• Micosi sottocutanee, causate da ferite e attraverso i vasi linfatici si diffondono nell'organismo.
• Micosi sistemiche, che riguardano gli organi interni. Esse indeboliscono il sistema immunitario e possono insorgere come complicanze di operazioni chirurgiche o per uso di cateteri infetti.

Il biologo deve identificare il patogeno e effettuare l'antibiogramma così da supportare il medico nell'effettuare la diagnosi e identificare la cura. L'antibiogramma è un test in cui il fungo viene testato relativamente ai principi attivi presenti negli antifungini: si valuta l'alone di inibizione. Disk diffusion: le piastre vengono inoculate con una concentrazione standardizzata di sospensione fungina in cui sulla superficie dell'agar vengono depositati i dischetti impregnati di concentrazioni note di microbiotici. Le Micotossine sono un grave problema per la sicurezza alimentare. Esse sono prodotte in condizioni di umidità, temperatura e pH. Più del 25% del cibo a livello mondiale è considerato contaminato da tossine. Alcune micotossine possono causare carcinoma epatico.

Micologia medica

Il micetismo è causato da principi tossici come i termolabili e i termostabili. Avvelenamento: la gravità dipende dal tempo di insorgenza dei sintomi e possono essere a lunga incubazione o a breve incubazione.

Fisiopatologia

• La maggior parte dei patogeni vegetali sono funghi
• Sono segnalate più di 8000 specie patogene

Danni all'ambiente

Industria alimentare

Ricordiamo:

• Saccharomyces cerevisiae (lievito) è un organismo unicellulare. La sua attività cellulare è quella di utilizzare le farine per fermentare dolci, pane e pizza.
• Penicillium roqueforti e Penicillium camemberti utilizzati per alcuni tipi di formaggio. È una muffa.
• Sono utilizzati diversi funghi per la tavola: Agaricus bisporus (champignon) o il porcino ecc. i quali non possono essere coltivati
• Tuber (tartufo). Ad Alba cresce spontaneo. Non si possono riprodurre su scala industriale per quello costa tanto.

Questi funghi vanno incontro a fermentazione alcolica che avviene in condizione di anaerobiosi. Porta alla formazione di CO₂ e alcool. Es. uva + lievito → Vino, malto + lievito → Birra

In medicina...

Il Penicillium notatum che produce antibiotici, penicillina. Ricordiamo Alexander Fleming che nel 1929 scoprì la penicillina. Furono poi Florey & Chain che nel 1939 a riprendere gli studi sulla penicillina e nel 1940 arrivano alla purificazione e produzione dell'antibiotico su scala industriale. Larga diffusione nella II Guerra Mondiale. Esistono anche:

• Cefalosporine, antibiotici
• Griseofulvina che è un composto utilizzato contro agenti patogeni
• Ciclosporine che sono utilizzati nei trapianti d'organo che abbassano la risposta immunitaria
• Fumagallina
• Caspofungina: utilizzata per le micosi sistemiche. Il suo principio attivo fu isolato da un fungo e la modulazione del principio attivo ha portato alla sintesi di un antifungino attivo contro Candida e Aspergillus che colpisce la parete di questi funghi.

Applicazioni biotecnologiche

Un tema importante è il riciclo della biomassa. Attraverso enzimi ligninolitici e diversi processi si sono ottenuti composti come bioetanolo (per le automobili); il foraggio trattato con cellulasi e emicellulasi migliora l'alimentazione del bestiame. Bioremediation: smaltimento di metalli pesanti o arsenico permesso grazie a funghi che assorbono l'inquinante sottraendolo dall'ambiente e lo rende più facile a smaltire.

Caratteristiche dei funghi

Dal 1969 formano un Regno poiché si differenziano da animali, piante, protisti e le sue modalità di vita. Il Regno Funghi comprende organismi molto differenti tra loro, che hanno in comune il medesimo tipo di cellula:

• Muffe sono funghi microscopici in quanto le strutture riproduttive, che permettono di distinguere i diversi individui, si possono osservare solo con l'ausilio di un microscopio
• Lieviti
• Macrofunghi o macromiceti dove la struttura che produce le spore si possono osservare a occhio nudo.

Generalità

• Sono eucarioti
• Sono eterotrofi: sono senza plastidi (quindi non hanno clorofilla e non svolgono di conseguenza fotosintesi). Nutrizione per assorbimento
• Possiedono parete cellulare funginea con caratteristiche peculiari. In generale la parete è formata da macromolecole differenti e specifiche per ciascun tipo di organismo. Differisce per la struttura tra i vari microrganismi.
• Il metabolismo è molto più simile alla cellula animale, particolarmente a quella umana. Il glicogeno è la riserva energetica utilizzata dai funghi.

La cellula funginea

• RE: Rugoso, sintesi delle proteine
• Vacuolo, accumulo di digestione di metaboliti
• Dittiosomi o apparato del golgi, sintesi e accumulo e di metaboliti
• Membrana plasmatica, ricca di ergosterolo (precursore vitamina D). La maggior parte dei farmaci antifungini puntano a distruggerlo.
• Parete cellulare, ricca di chitina e beta-glucani
• Mitocondri, centrale energetica, respirazione.
• Nucleo, membrana nucleare, eucariota.

Parete cellulare

• Protegge la cellula vegetale alla lisi osmotica creando una barriera rispetto all'ambiente esterno e da la forma alla cellula (generale)
• Contiene dei pigmenti come la melanina che protegge dai raggi ultravioletti (peculiare).
• Può avere proprietà antigeniche. Si trova esternamente alla membrana plasmatica.

Vediamo la chitina che è una molecola abbondante nel Regno Animale, formata da N-Acetil-Glucosamina. Simile alla cellulosa ma con proprietà completamente diverse. Evidenziamo i beta-glucani e mannoproteine:

• Beta-glucani: glucosio uniti con legami beta 1,3 o ci sono ramificazioni beta 1,6 o beta 1,4. La struttura è specie-specifico ma sono comunque contenuti in tutti i funghi, formano l'ossatura. Essi sono in parte insolubili e in parte solubili.
• Glucoproteine o mannoproteine: l'ultimo strato della parete dove ci sono le glucoproteine è responsabile della risposta immunitaria.

I componenti della parete caratterizzano i diversi gruppi tassonomici.

Corpo cellulare

Hanno un corpo cellulare (o tallo) che presenta una morfologia estremamente eterogenea:

• Unicellulari (es. lieviti). Caratteristica di questi è la gemmazione: formazione di una preponderanza che darà origine a un organismo adulto. A volte si possono aggregare le cellule formando uno pseudomicelio (cellule poste in catena)
• Multicellulari: formato da cellule allungate dette ife, spesso riunite a formare il micelio. Hanno un corpo cellulare filamentoso. Le ife possono essere prive di setti (micelio cenocitico) caratteristico di gruppi tassonomici primitivi, oppure le singole cellule sono separate da setti, provvisti di pori, più evoluti. Il setto è una chiusura parziale e permette il passaggio da una parte all'altra di sostanze, considerato un imbuto. Multicellulari Unicellulari Cenocitico e setti Quando c'è un problema il setto si chiude e la parte minacciata viene isolata e le parti più vecchie vengono separate. Funghi diversi hanno setti diversi.

Esistono diversi tipi di setti:

• Setto intero con micropori
• Setto perforato con un poro semplice
• Setto a doliporo

Funghi non formano tessuti

I funghi non formano tessuti ma possono riunire le ife per formare i plectenchimi i quali si possono suddividere in prosenchimi (ife riconoscibili) e sinenchimi (ife non riconoscibili). Essi possono essere chiamati anche pseudotessuti. Il micelio può organizzarsi in strutture vegetative specializzate il cui ruolo è legato al trasporto e/o conservazione di nutrienti per la sopravvivenza della specie o alla possibilità di parassitare l'ospite.

Tra i sinenchimi troviamo:

• Sclerozi: strato esterno di ife dure e melanizzate; strato interno ricco di sostanze di riserva. Svolgono una funzione di sopravvivenza in condizioni di avversità ambientale. Si trovano nel ciclo biologico dei funghi patogeni;
• Rizomorfe: cordoni miceliari (più ife) melanizzati: tendono ad accumulare le sostanze di riserva;
• Austori: servono al fungo per aumentare la superficie di contatto con la membrana plasmatica dell'ospite con un maggior assorbimento del carbonio organico (zuccheri).

Da cosa è rappresentato l'individuo fungo?

• Ha una cellula che serve per la diffusione della specie.
• Frammento di micelio o di ife
• Sviluppo colonia fungina
• Spora, latente, apolare
• Germinazione, polare: ifa si espande e poi diventa micelio che si espande
• Sviluppo micelio sommerso: dopo 3-5 giorni. Esso deve crescere dalla primavera all'estate o autunno. Se non parte la colonizzazione del terreno in primavera è difficile che si avrà una produzione abbondante.
• Sviluppo micelio aereo, spore

Da una spora origina la colonia. Ci sono diverse vescicole che confluiscono e riversano il loro materiale nell'apice. Esistono microtubuli del citoscheletro che confluiscono quelle vescicole. Dopo mesi si sviluppano i corpi fruttiferi o sporofori.

Ciclo vitale di un fungo (macromicete)

Le spore sono l'analogo dei semi. Esso emette le ife poi il micelio. La spora a differenza del seme è molto più labile. Si ha una alternanza di generazioni; la maggior parte dei funghi vive in fase aploide e si riproduce attraverso le spore attraverso:

• Riproduzione sessuata: meiosi
• Riproduzione asessuata: mitosi

Ruolo ecologico dei funghi

1. Ciclo dei nutrienti ossia degradano la sostanza organica. Essi emettono degli enzimi (differenza con il Regno Animale) chiamati esoenzimi perché escono fuori dall'ifa. Essi degradano il substrato e poi provvedono all'assorbimento delle soluzioni. Prima digeriscono poi ingeriscono.
2. I substrati demolibili e assimilabili sono numerosi: colonizzano detriti ad elevato contenuto di sostanze organiche
3. I funghi sono caratterizzati da una grande varietà e complessità di processi metabolici. Hanno un'infinita gamma di metaboliti secondari (es. antibiotici) che rivestono una grande importanza sia industriale sia ecologica.

Fattori fisici e chimici che influenzano lo sviluppo fungino

Ossigeno: sono pressoché tutti aerobi anche se alcuni (come i lieviti) sono anaerobi facoltativi che vanno incontro a fermentazione. Umidità: le popolazioni fungine sono strettamente dipendenti dall'acqua (un substrato deve avere almeno il 15% di H₂O per permettere lo sviluppo vegetativo dei funghi). Temperatura: può influire notevolmente sulla crescita e sullo sviluppo fungino. Ogni specie ha un minimum e un maximum ma di solito l'ottimale è tra i 20-25°. Esistono specie in grado di sopravvivere e vegetare a basse temperature (psicrofili) o a temperatura ai 40° (termofili o termotolleranti). pH: resistono a forti escursioni di pH ma preferiscono substrati debolmente acidi e tollerano male pH basici. Luce: generalmente non condiziona i processi vitali ma li può influenzare. Quindi non è indispensabile ma per alcuni processi riproduttivi serve la luce.

Es. La "Flammulina velutipes" viene coltivato al buio. Ha un gambo che si sviluppa di molto e rimane di un colore chiaro (bianco)!!

Es. Il "Pilobolus" cresce sugli escrementi e espelle tutti il sacco contenente le spore per lanciare lo sporangio dove c'è l'erba attaccandosi ad essa. Gli erbivori mangiano l'erba e cagando diffondono la specie. L'ampolla sotto lo sporangio è una lente che raccoglie i raggi luminosi e fa scoppiare questa ampolla facendo partire lo sporangio.

N.B. I funghi sono organismi capaci di colonizzare i più svariati substrati e di svilupparsi nelle condizioni ambientali più disparate. Questi organismi colonizzano tutti gli ambienti naturali anche se la loro abbondanza relativa è differente. Il suolo è un habitat di elezione dei funghi, l'aria è un mezzo di dispersione mentre l'acqua è scarsamente colonizzata.

Riassunto fisiologia fungina

• Aerobi
• Nutrizione
• Acqua
• Temperatura
• pH
• Luce

Riassunto delle caratteristiche dei funghi

Gruppi trofici

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• Saprotrofi o Saprofiti: ottengono nutrienti da materia organica morta e così contribuiscono al processo di decomposizione. Nonostante i residui vegetali rappresentino il substrato elettivo, vengono usati tutti i substrati disponibili.
• Parassiti: ottengono i nutrienti da un altro organismo vivente:
• Patogeni vegetali: la maggior parte delle malattie parassitarie delle piante sono causate da funghi. Tutti gli organi della pianta possono essere colpiti determinando sintomi e alterazioni che si riflettono sulla vitalità e sulla produttività della pianta agraria o forestale.
• Patogeni per gli animali, uomo compreso. Sono le micosi ossia infezioni sostenute da microfunghi (lieviti o funghi filamentosi).
• Predatori: hanno sviluppato meccanismi di cattura di piccoli animali che poi vengono "digeriti" e utilizzati come fonte di cibo.
• Simbionti mutualisti: ricevono dall'ospite composti organici semplici (zuccheri) e a loro volta apportano vantaggi al loro ospite fornendo soluzioni acquose contenenti minerali (sali di azoto e fosforo). Ricordiamo i licheni (associazione tra fungo e alga) e le micorrize.

Le micorrize sono associazioni simbiotiche di tipo mutualistico tra radici di piante e funghi nel terreno in cui il fungo dà alla pianta H₂O e sali minerali ma se un terreno è concimato non avviene la simbiosi. Si stima che circa l'80% dei vegetali forma uno o più tipi di micorrize. Il micobionte assorbe l'acqua e sali minerali dal terreno con aumento del volume di terreno esplorato e della superficie di interscambio. Il fitobionte cede...