Micologia: funghi, organismi simili ai funghi, lieviti

GTP.

3) Mannoproteine: Le mannoproteine e altre proteine sono una piccola porzione dei costituenti di

parete delle ife, sono invece abbondanti nella parete dei lieviti; raggiungono il plasmalemma in

forma attiva, mediante vescicole golgiane e vengono rilasciate all’esterno.

4) Cross-linking e maturazione: I legami cross – linking avvengono tra i diversi componenti, essi si

formando progressivamente allontanandosi dalla zona apicale; le molecole di chitina sono inoltre

connesse tra loro da legami idrogeno, così come fanno quelle di glucano.

5) Enzimi litici che degradano la parete: L’attività di enzimi litici non è ancora chiara, per alcuni

l’attività litica è necessaria per ammorbidire la parete e permettere l’inserimento di nuove

componenti; per altri le componenti citoscheletriche sarebbero sufficienti per rinforzare l’apice,

rendendo inutile la necessità una parete rigida in quella zona e i processi litici. E’ comunque

indispensabile la presenza di questa attività per la formazione di nuove ramificazioni, soprattutto in

zone lontane dall’apice.

Il modello di Wessels riguarda l’accrescimento della parete e dell’apice dei funghi, in cui non è

necessaria la presenza di enzimi litici: la nuova parete apicale sarebbe viscoelastica in modo che i

polimeri della parete fluiscano verso l’esterno e l’interno, allontanandosi dall’apice si formando

legami incrociati che irrigidiscono la struttura (riducono elasticità e viscosità).

La forza motrice dell’accrescimento apicale

La forza che guida l’aumento di estensione è legata alla pressione di turgore; inoltre sono coinvolti:

1) Filamenti: l’actina sarebbe la componente più importante, ci sono vari motivi: nelle cellule

animali l’emissione di pseudopodi è collegata alla polimerizzazione dell’actina, l’actina è coinvolta

nell’individuazione del sito di gemmazione, mediante il trasporto di materiali in associazione alla

miosina.

2) Microtubuli: I microtubuli sono coinvolti in quanto l’effetto di alcune molecole che vi

interagiscono bloccano la crescita fungina, questo perché bloccano il trasporto di vescicole dalle

zone retrostanti verso l’apice.

3) Calcio: La carenza di calcio impedisce l’accrescimento apicale, in quanto è un importante

messaggero secondario e la sua concentrazione cellulare è strettamente controllata; la superficie

del plasmalemma è ricca di canali di calcio attivati dallo stiramento della membrana, l’ingresso di

calcio rappresenta una perturbazione che coinvolge l’interazione con il citoscheletro.

La germinazione delle spore e l’orientamento della crescita dell’apice

Alcuni segnali ambientali inducono la germinazione delle spore fungine e quindi si forma l’ifa e il

relativo apice; sempre a causa di segnali ambientali, gli apici delle ife possono riorientare la loro

crescita, modificando la direzione di sviluppo.

Alcune spore germinano in qualunque punto della superficie, altre germinano solo in un punto

preciso, caratterizzato da parete sottile e detto Poro Germinativo, ad esempio le uredospore che

causano le “ruggini”, le spore flagellate dei chitridiomiceti, oomiceti e plasmodiofori, sono tutti

funghi patogeni e la spora si orienta sulla superficie dell’ospite in modo che l’ifa germinativa sia

rivolta verso l’ospite stesso.

La germinazione delle spore segue alcuni passi costanti:

- rigonfiamento mediante idratazione ed incorporazione di nuovo materiale di parete lungo tutta la

superficie della sporta

- un tubetto germinativo (cioè una giovane ifa) fuoriesce da un punto preciso e da questo momento

la deposizione di materiale di parete si concentra nella zona apicale.

Temperatura: In Aspergillus niger, la germinazione delle spore è controllata dalla temperatura.

Dopo un periodo di stress termico, inibente la germinazione, il ripristino di temperature permissive

è associato alla germinazione, immediatamente seguita dalla formazione di nuove spore: si parla

di sporulazione microciclica per descrivere questi rapidi cicli riproduttivi. È una modalità

osservata frequentemente per funghi che crescono in contesti poveri di nutrienti.

Si definisce tropismo una risposta di crescita direzionale in seguito ad uno stimolo esterno.

Un esempio tra i funghi è quello di Geotrichum candidum, in cui la germinazione si ha

normalmente ai poli della spora, ma non in prossimità o a contatto di altre spore. Questa situazione

può essere modificata dalla disponibilità di ossigeno.

Altro esempio Nel caso di Idriella bolleyi, un fungo mitosporico sfruttato come agente di

biocontrollo di patogeni a livello radicale, si osserva una chiara crescita in direzione delle radici

morte (e in allontanamento da quelle vive). In questo modo il fungo si nutre come saprotrofo del

materiale vegetale morto, evitando che questo possa essere sfruttato come primo nutrimento da

parte di patogeni.

Le spore di molti funghi mostrano risposte di orientamento anche in campi elettrici con forza

adeguata.

Il ciclo cellulare dei lieviti

Le ife fungine crescono continuamente per estensione apicale; le cellule dei lieviti, invece,

gemmano, producendo colonie di singole cellule; la gemma cresce in modo apicale, poi si rigonfia

per deposizione uniforme di materiali di parete. Si ha poi la divisione nucleare e il processo di

chitochinesi che porta alla formazione del setto di divisione costituito da chitina e rivestito da

betaglucani e mannani.

Il ciclo cellulare dei lieviti è stato studiato come modello del ciclo cellulare degli eucarioti e quindi

diviso in varie fasi: G1, S, G2 e M; ad ogni ciclo è formata una gemma.

Il lieviti possono formare gemme o dividersi per scissione binaria o schizogenesi.

Alcuni funghi ifali hanno un ciclo confrontabile con il ciclo cellulare dei lieviti; ad esempio il

Basidiobolus ranarum, è un fungo che si ritrova nello stomaco di alcuni anfibi in forma di cellule

singole, ma in coltura in vitro, cresce formando delle ife che presentano setti completi, senza pori.

L’ifa apicale si accresce e quando ha raggiunto una dimensione critica, il nucleo si divide e si forma

un setto; la cellula apicale neoformata ripete il ciclo, mentre la cellula immediatamente retrostante

produce una ramificazione laterale che a sua volta si accresce apicalmente con le modalità già

viste.

Dopo aver contato il numero di apici e la lunghezza delle ife è possibile calcolare un indice di

lunghezza ifale:

L’indice è costante e caratteristico in ciascuna specie ed è legato al volume delle ife; questi funghi

sono formati da un’unità ifale costituita da un apice e un preciso volume di ife. La crescita delle ife

si adatta alla presenza di nutrienti, dove sono abbondanti le ife sono crescono fitte, dove sono

poco concentrati le ife sono più rade.

Cinetiche di crescita fungina

La crescita è un aumento controllato del numero di cellule o della biomassa; tutte le componenti

sono incrementate in maniera regolare. Se consideriamo un sistema di coltura chiuso in vitro in cui

i nutrienti sono presenti in quantità note all’inizio e misuriamo il peso o il numero di cellule ad

intervalli regolari, i dati possono essere messi in un grafico e si può ottenere una curva che

descrive la crescita.

La curva è suddivisa in porzioni:

- Fase Latenza, lag (a): l’adattamento dei microrganismi alle nuove condizioni, con crescita lenta

- Fase di Crescita, Log (b): crescita rapida, durante la quale le cellule si dividono rapidamente,

raddoppiando il loro numero con frequenza elevata

- Fase di decelerazione c): quando i nutrienti cominciano a scarseggiare o si accumulano dei

metaboliti che inibiscono la crescita, la crescita comincia a ridursi

- Fase stazionaria: la crescita si arresta (d, fase stazionaria)

- Fase morte (e): la biomassa cala a causa dell’esaurimento dei nutrienti e all’accumulo di

composti tossici ed inibenti, il calo della biomassa è associato alla morte.

Nella fase esponenziale, a crescita rapida, si ha il massimo della produttività di biomassa; questa

fase può essere mantenuta rifornendo continuamente la coltura di nutrienti o trasferendo le colture

in terreni nuovi.

µ = Tasso di Crescita Specifico (caratteristico di ogni specie)

No / Nt = numero di cellule presenti (biomassa) al tempo iniziale to e dopo un intervallo di tempo t

g =Tempio di duplicazione (tempo di generazione

[ ]

log Nt No)

( −log

µ= ×2.303 Per calcolare Tasso Crescita Specifico

t−¿

log 2

e

g= µ

Esempio: concentrazione di 103 cellule al tempo zero e 105 cellule dopo un dato intervallo di

tempo

NB: le seguenti equazioni descrivono la crescita dei Lieviti

Alcuni funghi miceliari hanno crescita esponenziale, ma la mantengono con difficoltà perché

quando le ife crescono formano ammassi in cui i nutrienti e l’ossigeno non penetrano in modo

omogeneo; in questo caso si somministrano delle molecole le Paramorfogeni che causano una

crescita più dispersa delle ife.

Le colture batteriche sono usate in campo industriale perché alcuni metaboliti (es. antibiotici) sono

prodotti nella fase di decelerazione o stazionaria.

L’alternativa alle Batch Cultures è data dalle colture in continuo dove vengono continuamente

forniti nutrienti ed eliminate le sostanze di scarto; in questo caso è possibile monitorare il contenuto

di ossigeno, la temperatura ed il pH in modo da mantenere costanti le condizioni ottimali di

crescita.

Chemostat: terreno di coltura in continuo più usato.

Differenziamento e sviluppo (pdf 9)

Differenziamento (animale e vegetale): transizione dallo stato embrionale a quello definitivo,

determinazione del destino cellulare.

Differenziamento (funghi): cambiamento regolato di un organismo da uno stato ad un altro.

Dimorfismo micelio / lievito

I funghi crescono come Ife o come Lieviti a singola cellula; i lieviti sono abbondanti in habitat ricchi

di nutrienti, non sono capaci di degradare i polimeri complessi e non possiedono potere di

penetrazione, mentre i funghi ifali possono superare gli strati superficiali protettivi degli organismi

ospiti.

Alcuni funghi passano dalla forma a lievito a quella di micelio e viceversa:

C. Albicans è presente sottoforma di lievito nelle mucose umane, ma assume forma ifale per

colonizzare tessuti.

Alcuni entomopatogeni superano l’esoscheletro di chitina in forma ifale e poi colonizzano i fluidi

circolanti in forma di lieviti.

Alcuni patogeni del sistema vascolare delle piante, penetrano la superficie dell’ospite come ife e

poi proliferano nel sistema come lieviti.

Diversi patogeni dell’uomo crescono come saprotrofi in forma di micelio su resti di animali e piante

morti, ma diventano