Ergosterolo: biomarcatore di spore fungine

I Funghi sono organismi viventi unicellulari e pluricellulari, che si nutrono di materiale organico in decomposizione (saprofiti) o delle sostanze nutritive sottratte ad altri organismi (parassiti). Essi costituiscono un Regno a sé stante, non appartenendo al Regno Vegetale, e sono suddivisi in divisioni, classi, sottoclassi, ordini, famiglie, generi, specie. In effetti, dal punto di vista delle  caratteristiche nutrizionali, somigliano più agli animali che ai vegetali. Gli esseri viventi, infatti, si suddividono in PROCARIOTI (unicellulari come virus, batteri, alghe azzurre) ed EUCARIOTI a loro volte classificati in ETEROTROFI (animali e funghi) ed AUTOTROFI (vegetali). Esistono anche funghi simbionti che realizzano uno scambio di elementi nutritivi con le piante (Fig 1).

Fig 1: I licheni sono degli organismi viventi solo in apparenza semplici, in realtà sono composti da un fungo (micobionte) e da un’alga (foto bionte) specializzatisi per vivere in perfetta simbiosi

I funghi non hanno foglie, fusti, fiori, radici e si riproducono per mezzo delle spore, organi microscopici che corrispondono ai semi delle piante superiori. Dalla germinazione delle spore si forma il micelio, un intreccio di minutissimi filamenti, detti ife (fig.2).

Fig. 2: Corpo fruttifero per la produzione di spore, micelio vegetativo (sotterraneo) ed IFE.

Le ife sono cellule complete con nucleo. E’ il micelio il vero fungo, mentre quello che comunemente viene indicato con questo nome altro non è che il carpoforo, o micelio secondario, ossia il frutto. Appartengono al Regno di Funghi i lieviti, le muffe ed i funghi propriamente detti, alcuni dei quali sono commestibili. I funghi, presenti ovunque esistano altre forme di vita, sono responsabili, insieme ai batteri, della decomposizione di tutta la materia organica. Possiamo suddividerli, dalla nostra prospettiva di esseri umani, in FUNGHI UTILI e FUNGHI DANNOSI. Sono utili all’uomo per l’alimentazione (per quanto riguarda le specie edibili), per la produzione di determinati formaggi, per la fermentazione (come enzimi di pane, birra, vino), per opere di rimboschimento (micorrize), come indicatori dello stato di salute di un bosco. Sono dannosi per l’uomo in quanto possono essere parassiti di colture, essere dannosi per gli alimenti, agenti di malattie (per infezione, tossicità e allergia).

I funghi sono ubiquitari nell’ambiente e comunemente crescono come saprofiti su materiale organico non vivente o come agenti patogeni invasivi nel tessuto vivente. Sono principalmente dispersi come spore sessuali o conidi asessuati, che sono componenti comuni delle aerospore fungine (fig.3).

Fig.3: Aerospore

Le spore hanno struttura unicellulare o pluricellulare, si sviluppano durante diverse fasi del complesso ciclo di vita dei funghi a scopo riproduttivo e di distribuzione; essendo resistenti a condizioni ambientali avverse, garantiscono la sopravvivenza del fungo. Le aerospore sono la parte biologica dominante nell’aria e la loro presenza è confermata sia negli ambienti outdoor che indoor. La crescita dei funghi è favorita dalla temperatura di 18-32° C, umidità relativa superiore al 65% e presenza di substrato organico, come piante, detriti di piante e suolo, legno, prodotti del legno, stoffe, alimenti. I funghi più comuni appartengono ai generi Penicillium, Trichoderma, Aspergillus, Absidia, Acremonium, Alternaria, Cladosporium, Fusarium, Mucor, Paecilomyces, Stachybotris.
Il fungo può essere un patogeno che causa infezioni, un aeroallergene, o entrambe le cose insieme. Mentre per causare infezioni, il fungo deve essere in grado di crescere a temperatura corporea, proprietà questa comune ad un ristretto numero di specie fungine (membri dei generi Aspergillus e Penicillium), gli allergeni fungali includono spore da patogeni delle piante come Cladosporium e Alternaria. Quindi i microrganismi vitali (anche definiti viable), compresi i funghi, possono causare malattie nell’organismo ospite, in dipendenza dal potenziale patogeno, dal numero di microorganismi presenti nell’organismo ospite, dall’integrità di difesa dell’ospite. Diversamente, allergeni preformati da frammenti ifali possono suscitare una risposta immunitaria, anche in assenza di germinazione e crescita locale. In definitiva, mentre le infezioni possono essere causate solo da cellule fungine vitali, la componente fungina non ha bisogno di essere viable per suscitare una reazione allergica. Gli allergeni provocano ipersensibilità allergiche respiratorie nei soggetti atopici sensibilizzati, causando rinite e/o asma.
Tra i luoghi di lavoro a rischio, a causa della presenza di funghi, ci sono le industrie della trasformazione del legno, di trasformazione e stoccaggio di prodotti vegetali, le aziende agricole e di stoccaggio dei cereali, le industrie farmaceutiche, i laboratori di biotecnologie e di produzione di alcolici, l’industria alimentare per la lavorazione di insaccati, formaggi, funghi, pesce, i forni per il pane, le biblioteche e i luoghi di restauro dei libri, gli allevamenti di bestiame e in genere qualsiasi luogo di lavoro con scarso ricambio d’aria, buio ed umido, o provvisto di sistemi di climatizzazione scarsamente manotenuti. Pochi dati di concentrazione di spore fungine patogene e/o allergeniche nel bioaerosol sono disponibili, perché non è possibile utilizzare analisi convenzionali per la loro determinazione. Vengono usati principalmente metodi che prevedono il campionamento aerobiologico collezionando le cellule vegetative o su superfici in agar (substrato nutritivo) per garantire una crescita ottimale dei microrganismi o in un mezzo liquido adatto, da sottoporre successivamente ad analisi. Inoltre il campionamento può avvenire per gravità (ha lo svantaggio di non essere un metodo quantitativo, non permettendo di correlare il numero di microrganismi raccolti ad un volume noto di aria) o con flusso forzato di aria. In questo ultimo caso si può causare una condizione di stress che può compromettere la vitalità e quindi la capacità dei microrganismi di riprodursi in terreno di coltura. Per le particelle viable, solo dopo idoneo periodo di incubazione, possono essere usate tecniche di rivelazione, come la conta al microscopio, per determinare il grado di contaminazione microbica, espresso come Unità Formanti Colonia, UFC. Questi metodi misurano le colonie che si formano a partire dalle cellule vitali quindi non tengono conto né delle cellule cosiddette VBNC (Viable But Not Culturable) né della componente non viable. Questa condizione comporta una sottostima dell’esposizione. Nel caso della conta delle particelle totali, cioè vitali e non, si possono usare diverse tecniche: la conta su piastra (HPC), la conta microbica diretta con epifluorescenza, con microscopio ottico o con microscopio elettronico a scansione (SEM), o la reazione a catena della polimerasi in tempo reale (PCR).

Un possibile approccio per una informazione sulla presenza di aerospore fungine in ambienti di lavoro è l’utilizzo di composti chimici che siano indicatori della loro presenza e derivino soltanto da essi. E’ stata studiata la componente fungina del bioaerosol, attraverso l’uso dell’ergosterolo, come biomarcatore. Per biomarcatore si intende un composto chimico più facilmente analizzabile e che sia un indice della presenza di strutture biologiche complesse più grandi e bioattive, pertanto non facilmente determinabili. L’ergosterolo è un lipide presente principalmente nella membrana plasmatica dove contribuisce ad una varietà di funzioni cellulari, compresa la fluidità, la permeabilità, e l’integrità della membrana; inoltre controlla l’attività di alcuni enzimi legati alla membrana stessa. L’ergosterolo è stato perciò individuato come indicatore della presenza di materiale fungino in atmosfera, dopo studi in letteratura e prove in laboratorio. Identificato l’ergosterolo (fig. 4), è quindi necessario determinare un appropriato fattore per convertire la concentrazione del marker in biomassa fungina.

Fig.5: Struttura di Ergosterolo

Tale fattore di conversione è presente in letteratura ed è stato anche calcolato nell’ambito di alcuni studi, isolando e coltivando le specie
fungine tra quelle più diffuse nel sistema oggetto di studio e misurando il carico di biomarker in questo sistema.

Luana Bignozzi

 

  • Fonti: https://www.researchgate.net/profile/Renato_Ariano/publication/268271555_LE_SPORE_FUNGINE_COME_AGENTI_PATOGENI/links/54bd2b130cf27c8f2814a490/LE-SPORE-FUNGINE-COME-AGENTI-PATOGENI.pdf
  • https://www.arpae.it/documenti/arparivista/pdf2009n6/ranziar6_09.pdf
  • https://www.inail.it/cs/internet/docs/alg-spore-fungine-atmosfera.pdf

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