Claviceps purpurea

Caratteristiche

Claviceps purpurea è un fungo ascomicete fitopatogeno che attacca una vasta gamma di piante appartenenti soprattutto alla famiglia delle Poaceae (più di 400 specie ospiti), molte delle quali economicamente importanti come segale, triticale, avena, orzo. Viene classificato come biotrofo, in quanto mantiene in vita le cellule vegetali per un periodo di tempo prolungato, influenzando i meccanismi di difesa della pianta.

Il fungo si manifesta nella spiga con strutture chiamate sclerozi, che contengono alcaloidi. Questi sono tossici per i mammiferi (compreso l’uomo) e causano l’Ergot, malattia meglio conosciuta come Fuoco di S. Antonio. Da studi recenti è stato scoperto che questa malattia è dovuta ad un complesso di specie, composto da Claviceps purpurea, Claviceps arundinis, Claviceps humidiphila e Claviceps spartinae, e si ritiene che ve ne siano molte altre.

Filogenesi

DominioEukaryota
RegnoFungi
DivisioneAscomycota
ClasseSordariomycetes
OrdineHypocrerales
FamigliaClavicipitaceae
GenereClaviceps
SpecieClaviceps purpurea

Morfologia

Claviceps purpurea è un ascomicete, ovvero un “fungo a sacco”. Gli aschi sono strutture che assumono questa forma tipica, e sono costituiti dalle cellule terminali delle ife del fungo. All’interno degli aschi, riuniti in strutture globose dette periteci, vengono prodotte spore aploidi dalla forma allungata, chiamate ascospore.

Con lo sviluppo del fungo si ha la formazione di uno sclerozio al posto della cariosside (seme dei cereali), struttura in cui avviene lo svernamento. Lo sclerozio si presenta solitamente con una forma allungata rispetto ai semi, di colore brunastro. Matura in 5 settimane, al termine delle quali si verifica la crescita degli aschi e il rilascio delle ascospore per la propagazione del fungo. Lo sclerozio è l’unica struttura contenente alcaloidi; secondo gli studi, il contenuto medio di queste molecole negli sclerozi di  Claviceps purpurea è 0,26 mg/g.

Gli sclerozi si sviluppano sulla spiga al posto delle cariossidi (semi).
Figura 1 – Gli sclerozi si sviluppano sulla spiga al posto delle cariossidi (semi)

Patogenesi

Il ciclo di infezione di Claviceps purpurea inizia in primavera, quando sugli sclerozi si formano i periteci, dove troviamo gli aschi in cui si originano le ascospore. Queste vengono trasportate dal vento e aderiscono sulla superficie del pistillo di un fiore. Le prime fasi di sviluppo del fungo “imitano” il processo di impollinazione e fecondazione che avviene in natura nelle piante: la spora aderisce alla superficie stigmatica del pistillo (come i granuli di polline), e penetra i tessuti con la produzione di ife, che crescono imitando lo sviluppo del tubo pollinico nello stilo fino all’ovario. È sufficiente una singola spora per il completamento dell’infezione.

Claviceps purpurea infetta solo piante con ovario giovane e non sterile. La mancanza di attivazione di difese da parte della pianta suggerisce che il fungo utilizzi specifici segnali simili a quelli dell’interazione polline-stigma per evitare di essere riconosciuto come patogeno. Solo dopo il raggiungimento dell’ovario da parte delle ife si verificano reazioni di difesa dell’ospite, come la deposizione di callosio per isolare il fungo.

Ciclo vitale di Claviceps purpurea.
Figura 2 – Ciclo vitale di Claviceps purpurea

Raggiunto l’ovario, Claviceps purpurea attinge dal sistema vascolare della pianta per ottenere nutrienti, e produce masse di conidiospore in un fluido zuccherino derivante dal floema della pianta. Gli insetti che si depositano sulle spighe delle piante infette possono essere ulteriori vettori del micelio. Il tessuto vegetale viene sostituito con materiale fungino e si sviluppa lo sclerozio, che matura in circa cinque settimane ed emette gli aschi, da cui partiranno nuove ascospore.

Ergot

L’Ergot o Fuoco di S. Antonio può manifestarsi negli animali e nell’uomo in seguito all’alimentazione con cereali infetti, ed è dovuta agli alcaloidi contenuti negli sclerozi, tra i quali troviamo clavine ed ergopeptine. Vista l’elevata tossicità, l’UE ha stabilito i livelli massimi di contenuto di sclerozi nei mangimi e negli alimenti per l’alimentazione umana: un livello massimo di 1.000 mg/kg di sclerozi nei mangimi contenenti cereali non macinati (Direttiva 2002/32 / CE), ed un livello massimo di 0,5 g/kg di sclerozi nei i cereali non trasformati (ad eccezione di riso e mais) per alimentazione umana (Regolamento CE n. 1881/2006 della Commissione).

Tra i sintomi da Ergot possiamo trovare disturbi circolatori agli arti, gangrena, allucinazioni, convulsioni, necrosi ischemica, ridotta alimentazione, riduzione della crescita, problemi riproduttivi. I più recenti focolai di Ergot nell’uomo si sono verificati negli anni ’70 in India, e negli anni 1978 e 2001 in Etiopia.

Figura 3: Sintomi da Ergot su arti inferiori di un uomo.
Figura 3 – Sintomi da Ergot su arti inferiori di un uomo.

Diagnosi

La diagnosi è basata principalmente su analisi angiografiche e radiografiche. Inoltre possono essere effettuate biopsie di pelle, muscoli e vasi, ed elettromiografie per valutare la velocità di conduzione nelle arterie. I risultati riscontrati spesso rilevano presenza di restringimento delle arterie, per esempio quelle a livello inguinale, arteria poplitea, arteria iliaca e femorale, ma senza occlusione, che sono effetti vasocostrittivi tipici dell’ergotamina; questa vasocostrizione può verificarsi su entrambi gli arti. Nel caso il paziente lamenti mal di testa, è possibile effettuare radiografie del cranio per verificare l’assenza di cause intracerebrali.

Terapia

Non esiste una cura specifica per l’Ergot, e per questo motivo il medico provvede al trattamento dei singoli sintomi che presenta il paziente. A seconda dei casi, tra i farmaci che possono essere somministrati troviamo anticoagulanti, vasodilatatori, steroidi, inibitori di prostaglandine; l’angioplastica è una soluzione che viene presa in considerazione solo per i casi più gravi con rischio di necrosi e cancrena.

Alcaloidi di Claviceps purpurea

Gli alcaloidi di Claviceps purpurea sono vasocostrittori, alcuni di questi sono utilizzati in farmacologia e medicina. La loro struttura di base è quella dell’ergolina, che si presenta ad anelli tetraciclici. Si differenziano tra loro grazie al gruppo funzionale presente in corrispondenza del carbonio-8 (C-8).

Figura 4: Struttura ad anelli dell'ergolina, che costituisce gli alcaloidi dell'Ergot.
Figura 4 – Struttura ad anelli dell’ergolina, che costituisce gli alcaloidi dell’Ergot.

Il primo uso medico documentato risale al 1582 come medicinale ecbolico (per accelerare il parto). Il primo alcaloide ottenuto in forma chimica pura fu l’ergotamina, un rimedio emostatico in ostetricia e nella cura dell’emicrania. L’ergometrina viene utilizzata per prevenire l’emorragia post-partum. La bromocriptina è utilizzata nella cura del Parkinson e del diabete mellito di tipo 2. Acidi secalonici, ergoflavina ed ergocrisina sono noti per le loro proprietà antinfiammatorie, neuroprotettive, antitumorali. Uno scienziato che si occupò dello studio degli alcaloidi di Claviceps purpurea è Albert Hofmann, conosciuto soprattutto perché fu il primo a sintetizzare e testare su di sé gli effetti del dietilammide dell’acido lisergico (LSD- 25), scoperto per caso mentre cercava di isolare dagli sclerozi dei composti stimolanti gli apparati circolatorio e respiratorio.

Le streghe di Salem

La malattia ergot è legata alla storia delle streghe di Salem, un periodo oscuro dell’America coloniale risalente al 1692. Nel villaggio di Salem, in Massachusetts, otto ragazze iniziarono ad accusare sintomi come cecità temporanea, convulsioni, lesioni cutanee, allucinazioni. La diagnosi del medico locale fu “incantesimo”: le ragazze erano quindi vittima di stregoneria. Questo giudizio clinico portò la popolazione locale, puritana e fermamente credente nel soprannaturale, alla persecuzione di 20 persone accusate di aver compiuto il sortilegio, che vennero giustiziate o imprigionate. La credenza è nata in Europa nel XIV secolo, e affermava che le streghe esistevano e agivano per opera del diavolo.

Molti studiosi oggi teorizzano che la vera spiegazione a questi sortilegi è da ricercare nell’ergotismo; è probabile, infatti, che le persone colpite avessero ingerito cereali o farine in cui erano presenti sclerozi di Claviceps purpurea.

Figura 5: Rappresentazione della testimonianza di due ragazze soggette a "incantesimo" da Ergot.
Figura 5 – Rappresentazione della testimonianza di due ragazze soggette a “incantesimo” da Ergot.

Fonti

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