Micologia - appunti

Micologia

Domande

Prima domanda

• La crescita fungina
• La parete dei funghi
• La riproduzione asessuata
• La riproduzione sessuata

Seconda domanda

• Micotossine

Terza domanda

• Domanda libera

Generalità sui funghi

I funghi sono organismi estremamente semplici ma possiedono diverse caratteristiche distintive, in primis la crescita apicale che li distingue morfologicamente dai batteri. Infatti, i batteri hanno un piccolo volume, una forma sferica e assorbono il nutrimento efficientemente da un sistema totalmente liquido; i funghi, invece, vivendo in un sistema comprendente delle superfici dove il nutrimento viene da una sola direzione, assumono una forma che assomiglia a quella di un tubo in quanto più efficiente di quella sferica in tale situazione. I funghi hanno sviluppato quindi il tallo, trovando un nuovo modo di crescere: quello della crescita apicale che permette l’esplorazione dei territori e della penetrazione in substrati.

Una seconda caratteristica presente nella maggior parte dei funghi è la sporulazione in un mezzo aereo. Questo tipo di diffusione ha decretato il successo di questo grande gruppo di organismi ed è possibile perché i funghi, a differenza dei batteri, non possiedono una parete idrofilica e quindi non è necessario un sistema liquido per la diffusione. Essendo il contagio per contatto molto raro fra le piante, i batteri fanno estremamente fatica ad infettare le piante a differenza dei funghi che riescono, attraverso le spore, ad infettare numerosi organismi vegetali proprio per i vantaggi che un trasporto aereo comporta. Possiedono, quindi, una differenziazione intrinseca: possiedono un micelio vegetativo che serve per l’assorbimento e l’alimentazione e un micelio aereo utilizzato per la diffusione aerea. Alcuni funghi, i lieviti, hanno una forma semplificata di crescita che può essere sia miceliare che levuliforme e questo dimorfismo dipende dall’ambiente di crescita.

I funghi fino agli anni ’60 erano classificati tassonomicamente all’interno del regno vegetale, oggi sono classificati all’interno di un regno autonomo, quello dei Funghi appunto, all’interno degli eucarioti. Il problema viene con il fatto che con studi microbiologici ci si è accorti che quelli che erano precedentemente identificati morfologicamente come funghi appartengono a quattro diverse divisioni in quanto polifiletici:

• Eumiceti: funghi veri e propri;
• Attinomiceti: evoluzione convergente fra funghi e batteri;
• Oomiceti: appartenenti al regno Cromista;
• Muffe mucillaginose: all’interno dei protozoi;

I funghi sono estremamente diversi fra di loro e sono state descritte circa 70.000 specie ma, il numero totale di specie nel mondo, contando anche quelle non scoperte, è probabilmente di diversi milioni. Tutti questi diversi funghi producono un numero enorme di spore che ne permette una diffusione capillare all’interno del pianeta. Un fungo con una grande produzione di spore può arrivare a produrre 350.000 spore al secondo.

I funghi hanno un ruolo nella formazione del suolo in quanto hanno una capacità penetrativa molto forte e sono quindi in grado di disfare la roccia. Inoltre, hanno la capacità di mettere a disposizione delle piante elementi minerali. In più, grazie agli enzimi che producono sono grandi protagonisti nella decomposizione della materia organica anche più resistente come la lignina: purtroppo questo non ha sempre un effetto positivo in quanto sono in grado di degradare materia prodotta o utile all’uomo come opere d’arte e materiali utili come combustibili, strumenti o, ovviamente, le piante. Infatti, l’impatto delle malattie fungine sull’agricoltura è ancora relativamente elevato. Queste hanno avuto un grandissimo impatto economico e sociale nella storia dell’uomo superiore all’effetto di quelle umane (anche se a seconda del fungo aumenta la pericolosità) e delle micotossine anche se comunque molto pericolose.

Aspetti utili dei funghi sfruttati dall’uomo

I funghi possono essere sfruttati dall’uomo in primo luogo come antibiotici. Vengono anche utilizzati per le malattie che provocano contro parassiti, assumendo il ruolo di controllo biologico, ammendanti. Un altro aspetto è l’immuno-soppressione indispensabile per trapianti e altre circostanze mediche perché impediscono reazioni di rigetto da parte del paziente. Inoltre, alcuni prodotti del metabolismo secondario hanno un effetto contro altri funghi e si può quindi sfruttare quest’ultimo aspetto per il trattamento di malattie fungine.

Oltre a questi utilizzi troviamo altri usi leggermente meno importanti derivanti dallo sfruttamento del metabolismo secondario dei funghi come per esempio l’ovastatina che è un inibitore della sintesi del colesterolo, antitumorali come il taxol, alcaloidi, sostanze psicotrope, ecc.

La caratteristica dei funghi di digerire esternamente viene sfruttata con il recupero degli enzimi rilasciati. Sono quindi usati per la produzione di prodotti biotecnologici anche sfruttando il fatto che sono eucarioti: proteine, fattori di crescita, ecc.

Ovviamente, i funghi possono essere utilizzati per la produzione alimentare: in Italia viene principalmente prodotto il prataiolo, o champignon, che viene coltivato al buio in letame equino e paglia maturata e sterilizzata producendo circa 70 kg/mq in 5-6 volate (raccolte sempre sullo stesso substrato), viene coltivato anche il Pleuroto in tronchetti artificiali, il Pioppino, il Cardarello, lo Shi-take (fungo cinese) che è il secondo fungo più coltivato al mondo e viene coltivato all’aperto, ecc. I tartufi sono un particolare tipo di fungo che si sviluppa sottoterra ricercati per il loro profumo e gusto, in particolare, a seconda della categoria, ci sono differenze di prezzo. Uno dei problemi è la determinazione della sofisticazione del tipo di tartufo ed è necessario per il riconoscimento osservare gli aschi e le ascospore. Il tartufo ha un effetto sulla flora e microflora della zona di sviluppo. Le muffe possono essere consumate per esempio nei formaggi o anche in altri alimenti come il tempeh.

Vengono coltivati anche funghi per usi parafarmaceutici dove da questi vengono fatti degli estratti soprattutto per i beta-glucani, degli immuno-stabilizzanti presenti in tutti i funghi. Altri funghi importanti sono la Tremella fuciformis che ha effetto neurotrofico e neuro protettivo e riesce a dare sollievo nel caso della radio-terapia, la Grifola frondosa che abbassa il tasso ipoglicemico nel sangue, ecc.

Malattie nei funghi

Anche i funghi possono contrarre malattie che, nella maggioranza dei casi, sono prodotte da altri funghi. È quindi molto difficile combatterle quando ci si trova all’interno di coltivazioni di funghi in quanto l’eventuale trattamento potrebbe danneggiare il prodotto stesso, e per questo motivo la principale modalità di controllo è quella della prevenzione.

Biomasse da micelio

Grazie ai funghi è possibile produrre alimenti sia per il consumo umano che animale coltivando il micelio fungino in modi non tradizionali. Durante gli anni ’70 si era pensato di utilizzare i sottoprodotti della produzione del petrolio per la produzione di cibo attraverso i funghi creando l’M.B.P. (microbial biomass product), un substrato con comunità di microorganismi non completamente caratterizzata, in modo da avere un alimento a basso costo e potenzialmente ricco di proteine. Questo sistema, detto S.C.P. (single cell protein), dal punto di vista energetico è molto efficiente e dal punto di vista tecnico la composizione in amminoacidi fornita da questo tipo di prodotti è interessante in quanto è possibile ottenere amminoacidi rari e preziosi. Ci sono diversi fattori che, però, influiscono negativamente sulla produzione di questo prodotto:

• La parete dei funghi è composta da chitina (costituendo quindi buona parte del tallo fungino): questo può provocare possibili difficoltà di digestione;
• L’alto contenuto di acidi nucleici aggrava il funzionamento dei reni con una eccessiva produzione di acido urico;
• Colore e sapore sgradevole (problema facilmente risolvibile).
• Le cellule non possono essere consumate vive.

Per questo si devono effettuare almeno i seguenti trattamenti:

• Uccisione delle cellule;
• Riduzione del contenuto in acidi nucleici;
• Aumento della digeribilità;

Dato il facile impiego di questi trattamenti correttivi, esistono una serie di tecnologie per la produzione partendo da questa base per cui esiste una serie di prodotti che derivano da questo procedimento:

• Tortein;
• Toprina: usata in Italia ma il progetto è fallito perché un gruppo di opinione giapponese ha sostenuto che questi prodotti fossero cancerogeni a causa dei residui, di per sé cancerogeni, usati per la produzione. In realtà il processo tecnologico è tale che non c’è un residuo che può avere un impatto sulla salute;
• Quorn: alimento salutare usato come sostitutivo della carne fornendo una alimentazione di elevata qualità. Viene sviluppato con un fungo miceliare a-tossigeno che produce un micelio dalla tessitura simile a quella della carne. Non viene allevato su un substrato derivato del petrolio ma su uno semisintetico principalmente vegetale.

Altri prodotti alimentari derivanti dall’uso dei funghi

In diverse zone del mondo l’utilizzo dei funghi è importante e abbiamo, per esempio:

• Tamari o salsa di soia che deriva dalla fermentazione della soia tramite Aspergillus oryzae.
• Miso (Aspergillus oryzae): in Giappone da soia cotta a vapore, insieme ad orzo o riso; si aggiunge sale per rallentare la fermentazione ed ottenere un prodotto meno dolce e che risulta scuro. Senza sale con un processo simile si ottiene una crema dolce, l'amasake.
• Tempeh (Rhizopus oligosporus) prodotto indonesiano, semi di soia cotti, privati del tegumento ed inoculati; col micelio i cotiledoni assumono consistenza "carnea" (tempehburger); 40% proteina sul peso secco.

L’ifa

Elemento essenziale per la produzione della struttura del fungo è l’ifa. Permette la crescita filamentosa originata da una spora ad un micelio fino a formare un elemento visibile su un substrato detto colonia. Questa consiste nel tallo fungino e risulta essere composta da ife organizzate in strutture miceliari. La crescita dell’ifa è una crescita di tipo apicale che, quindi, è diretta in una sola direzione cosa non molto comune nel mondo animale e vegetale: infatti, questo tipo di crescita è solo simile alla crescita dei neuroni e del tubo pollinico. I funghi crescono in modo apicale e questa crescita apicale rappresenta una modalità di esplorazione del territorio, dello sviluppo del tallo, ecc., che permette ai funghi di definire corpi complessi che costituiscono le ife.

Le ife sono dei tubi definiti da una parete cellulare e una membrana. All’interno troviamo il citoplasma che contiene dei piccoli nuclei di difficile individuazione al microscopio e altri organelli. In buona parte dei funghi si possono notare dei setti che “dividono” l’ifa in più sezioni. Oltre ai nuclei si possono notare i mitocondri, simili a quelli degli animali in quanto contengono creste e non tuboli. Importante è la presenza di vescicole che possono essere più o meno organizzate nel corpo del Golgi (poco frequente): le vescicole sono prodotte in modo molto distribuito all’interno delle ife perché i funghi hanno una produzione di enzimi molto importante che devono essere portati all’esterno dello stesso organismo. Proprio perché gli enzimi non digeriscano il citoplasma del fungo stesso devono essere incorporati da vescicole in modo da essere portati senza problemi all’esterno (le vescicole si fondono con la parete cellulare e liberano all’esterno gli enzimi). Inoltre, le vescicole contengono gli elementi necessari per la sintesi della parete.

I funghi che non hanno setti sono chiamati cenocitici perché i nuclei all’interno delle ife hanno completa libertà di movimento. In realtà anche le ife settate hanno libertà di movimento in quanto i nuclei possono attraversare i setti stessi, anche se con più difficoltà. Possiamo quindi rappresentare i funghi come dei grossi talli con un’unica grande cellula, con numerosi nuclei. È molto frequente, che i setti individuino delle zone in cui ci siano più nuclei: i setti non interrompono, quindi, le diverse zone del fungo. Negli ascomiceti abbiamo dei setti forati al centro che lasciano passare i nuclei mentre i basidiomiceti hanno un poro più complesso detto doliporo che impedisce il passaggio dei nuclei e quindi per il passaggio degli stessi vengono costruite delle strutture particolari dette “a fibbia”.

I setti hanno funzione, quindi, di rigidità: le forze che premono sull’ifa possono farla collassare ma i setti impediscono che ciò accada. Un'altra funzione è quella di evitare la totale fuoriuscita del citoplasma nel caso della rottura dell’ifa.

L’ifa è quindi un tubo non separato e questa continuità permette al citoplasma di scorrere muovendosi secondo una precisa direzione, ossia verso la parte apicale. Questo movimento del citoplasma è di decisiva importanza per la crescita del fungo in quanto questa è di tipo apicale. L’apice si estende con la produzione di nuovo materiale e nuova parete senza che ci sia una distensione del materiale di partenza. Questa crescita può essere anche molto rapida: per esempio Neurospora crassa può crescere di 60 micron al minuto. Per poter supportare questa velocità tutti i funghi preferiscono assorbire le sostanze e accumularle nei vacuoli che si gonfiano per osmosi spingendo il citoplasma in avanti, verso l’apice: questo metodo di pressione vacuolare è fondamentale nella crescita apicale dei funghi. La velocità di crescita può essere un aspetto molto importante per l’esplorazione e il vantaggio ecologico: un fungo avendo poco nutrimento può crescere più velocemente per raggiungere zone più ricche.

Le osservazioni al microscopio elettronico hanno mostrato la presenza, nella zona più estrema dell’apice, dello Spitzenkörper. Questo non è un vero organello ma è una zona del citoplasma dove si concentrano le vescicole e dove arriva tutto il contributo del micelio per partecipare alla crescita. I funghi hanno dunque un sistema di trasporto delle vescicole che si basa su alcuni filamenti di actina: nel micelio tutti i componenti del citoplasma collaborano nella produzione di materiale, vengono inscatolati nelle vescicole, “spediti” attraverso i filamenti di actina e portati fino allo Spitzenkörper. Nell’apice nel momento in cui si liberano i contenuti delle vescicole questi si mescolano: attivatori di enzimi, enzimi ad attività biosintetica e altri enzimi che costituiscono una zona in grado di fare la biosintesi della nuova parete.

La parete è un’entità piuttosto complessa ed è composta da diversi componenti che, dopo essere stati sintetizzati, interagiscono fra di loro portando ad un irrigidimento. La parete deve essere infatti rigida in modo da contenere la pressione del citoplasma che si forma all’interno dell’ifa. I pezzi interagiscono quindi attraverso un cross-link facendo diventare la parete sempre più rigida. Questo processo richiede del tempo e quindi la parete è dapprima morbida e a poco a poco diventa più rigida: quindi, c’è una forza che spinge da dietro sull’apice, che deriva dalla pressione vacuolare, che deforma in avanti la zona della parete ancora morbida; con il passare del tempo questa diventerà più rigida. In altre parole, la pressione esercitata nel singolo punto della parte più distale dell’apice, quella più morbida, permette la crescita dei funghi. La crescita dei funghi, proprio per questo sistema, è virtualmente inarrestabile e si ferma solo con sistemi secondari in determinate situazioni.

All’interno dell’ifa si è notato che l’actina non si distribuisce in modo uniforme ma segue le modalità di crescita del fungo stesso: la formazione dei filamenti di actina precede lo sviluppo vero e proprio dell’ifa in modo da direzionare il movimento delle vescicole. Questo sistema di trasporto si basa sul movimento di una molecola di miosina che usando un substrato (come l’ATP) ha un movimento di scorrimento sul filamento di actina (questo perché la miosina ha prima una certa affinità da un punto del filamento all’altro). La molecola di miosina trascina, quindi, una vescicola lungo il filamento e questo processo è estremamente veloce (a differenza di quello del citoplasma che è lento). Man mano che l’apice cresce i filamenti si devono riorganizzare e, per fare in modo che l’apice rimanga compatto, c’è un grande concerto di movimenti dei filamenti di actina. Per verificare i movimenti dell’actina viene usato, in esperimenti, la cytochalasina che inibisce la polimerizzazione dell’actina. Questi esperimenti evidenziano come l’actina sia responsabile della direzionalità di crescita dell’ifa.

Ci sono anche altri componenti del citoscheletro che collaborano alla crescita apicale come la beta-tubolina. Ugualmente abbiamo anche una presenza dell’actina nella formazione dei setti, composti dallo stesso materiale da cui è composta la parete: quindi, è grazie all’accumulo dell’actina che inizia a formarsi la parete. La formazione dei setti non è di per sé perfettamente regolare.

Anastomosi

L’anastomosi è il fenomeno per cui due diversi miceli possono incontrarsi e, se sono compatibili, andare incontro ad una fusione ifale con uno scambio di citoplasma e nuclei.