Bioremediation Microbes: Earths Greatest Chemists

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PROGETTO LIFE TRELAGHILIFE 02/ENV/IT/000079CON
VEGNO CONCLUSIVOLago di Endine
Milano, 30 Ottobre 2006 Palazzo Le Stelline -
Sala Toscanini
interventi per la riduzione delleutrofizzazione
nelle acque di due piccoli laghi italiani
I funghi in bioremediation e come
biomonitors il lago di ENDINE, un caso di
studio Anna Maria Picco UNIVERSITA di
PAVIA Dipartimento di Ecologia del Territorio e
degli Ambienti Terrestri apicco_at_et.unipv.it
CONSORZIO INTERUNIVERSITARIO NAZIONALE PER LA
BIOLOGIA MOLECOLARE DELLE PIANTE - SIENA
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Introduzione

• Cosa sono i funghi
• il loro ruolo in natura (le loro caratteristiche
  ecologiche)
• le loro caratteristiche nutrizionali
• la loro importanza nel contesto del progetto LIFE
  02/ENV/IT/000079

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Il mondo è pieno di funghi i frutti vengono
fermentati, i vegetali si ammalano e.marciscono,
i corpi fruttiferi (comunemente noti come funghi
a cappello) vengono raccolti nei boschi. Tutti
questi eventi hanno in comune una cosa la
presenza del micelio nascosto di migliaia di
specie fungine. Le muffe, i lieviti, i funghi a
cappello e molti altri. I funghi sono ovunque
intorno a noi. Sono gli ultimi importanti
degradatori della sostanza organica, riciclano i
nutrienti un tempo si pensava fossero piante
ma ora costituiscono un regno, quello dei
FUNGHI
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DAL 1969 (Whittaker) i Funghi sono considerati
un REGNO a sé stante

• In linea generale sono da considerare FUNGHI
  quegli organismi che possiedono le seguenti
  caratteristiche
• sono eucarioti
• sono senza plastidi
• sono eterotrofi, con nutrizione per assorbimento
• possiedono parete cellulare che contiene chitina
  e ß-glucani (NON CONTENGONO CELLULOSA)

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Funghi nemici
Danni allo stoccaggio
Manifestazioni allergiche
Malattie delle Piante
Micotossine
Micosi di animali e uomini
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Funghi amici
Ecologia forestale (Micorrize)
BIOREMEDIATION (Phanerochaete)
Lotta biologica (Contro insetti, nematodi)
Attività enzimatica (Formaggi, Tempeh, Enzimi
industriali)
Biomassa (Cibo, Micoproteine)
Metaboliti utili (Antibiotici, Fito-ormoni)
Biotrasformazioni (pane, vino, alcool,)
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• I funghi sono organismi in grado 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
• Suolo è lhabitat di elezione dei funghi
• Aria è un mezzo di dispersione
• Acqua tale ambiente (sia che si tratti dacqua
  dolce sia marina) è scarsamente colonizzato

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RUOLO DEI FUNGHI NEGLI ECOSISTEMI

• SAPROTROFI ottengono i nutrienti da materia
  organica morta e così facendo, normalmente,
  contribuiscono al processo di decomposizione.
• PARASSITI ottengono i nutrienti da un altro
  organismo vivente
• Patogeni vegetali Determinano sintomi ed
  alterazioni che si riflettono sulla vitalità e
  sulla produttività della pianta agraria o
  forestale.
• Patogeni per gli animali, uomo compreso
• micetismo o avvelenamento da funghi
• micotossicosi patologie dovute alla presenza di
  micotossine in materiali con cui il paziente
  viene a contatto (ingestione, inalazione,
  contatto, ecc.)
• micosi infezioni sostenute da microfunghi
  (lieviti o ifomiceti)
• SIMBIONTI MUTUALISTI ricevono direttamente
  dallospite composti organici semplici e a loro
  volta apportano vantaggi al loro ospite fornendo
  soluzioni contenenti minerali, vitamine etc.
• LICHENI
• MICORRIZE

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Modalità di nutrizione

• Biotrofi (endofiti di macrofite emerse)
• Saprotrofi

(Shearer, 1993)
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NUTRIZIONE
I funghi sono organismi eterotrofi che si nutrono
per demolizione esterna dei substrati, attraverso
esoenzimi, e per successivo assorbimento delle
soluzioni.
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• I substrati demolibili e assimilabili sono
  estremamente numerosi generalmente colonizzano
  detriti e residui ad elevato contenuto di
  sostanze organiche, anche altamente polimerizzate
  (macromolecole). Pertanto i funghi, con i
  batteri, sono i responsabili fondamentali dei
  processi demolitivi che utilizzano sostanza
  organica, completando così la mineralizzazione di
  tali composti
• organismi decompositori

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• Lignina e Funghi
• La lignina è un polimero naturale della parete
  cellulare dei vegetali che conferisce resistenza
  al legno. Alcuni funghi hanno la capacità
  esclusiva di degradare completamente la lignina a
  CO2 per avere accesso, in questo modo, alle
  molecole di cellulosa.
• Sebbene questa capacità sia nota da numerosi
  anni, solo recentemente si è iniziato a
  comprendere il meccanismo mediante il quale si
  realizza la degradazione.
• Gli scienziati sperano che, comprendendo
  completamente questo meccanismo, si riesca ad
  giungere ad importanti applicazioni per degradare
  residui tossici.

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• Alcuni degli enzimi degradatori della lignina del
  fungo (basidiomicete) Phanerochaete degradano
• anche rifiuti tossici come i PCBs e i PCPs
  (Policloropolifenili). Ciò non sorprende poiché
  queste sostanze hanno legami chimici molto simili
  a quelli della lignina. Il fungo lavora molto
  bene in laboratorio, ma, come spesso accade in
  molti bioprocessi industriali vi sono molti
  problemi nel riprodurre il tutto su vasta scala.
• Phanerochaete chrysosporium è il primo
  basidiomicete degradante il legno il cui genoma
  sia stato sequenziato (Giugno 2004 "Nature
  Biotechnology).
• Ciò sarà di valido aiuto, in futuro, per le
  applicazioni in biotecnologia.

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• I funghi dunque possiedono
• Capacità di adattarsi ai più diversi ambienti
• pH alto e basso
• contenuto in metalli alto e basso
• temperature.ecc.
• QUINDI
• I fungi sono lideale
• Per la degradazione di sostaze inquinanti di
  diverso tipo

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LE SOSTANZE INQUINANTI
naturali
Sostanze inquinanti
Uguali a quelle naturali xenobiotiche
Antropogeniche (Prodotte dalluomo)
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POPs Persistent Organic Pollutants
Le sostanze chimiche estremamente tossiche che
rimangono nellambiente per molto tempo e che si
accumulano nella catena alimentare sono chiamate
Inquinanti Organici Persistenti (POPs Persistent
Organic Pollutants). In Europa, alcuni POPs ben
conosciuti come i PCB e DDT sono stati banditi
diversi anni fa. Malgrado il bando, queste
sostanze stanno ancora inquinando lambiente e la
nostra catena alimentare, mentre altri composti
tossici vengono tuttora prodotti o utilizzati in
tutto il mondo industrializzato.
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Effetti tossici delle sostanze inquinanti
persistenti
I POPs sono caratterizzati da tossicità,
persistenza nell'ambiente e accumulazione
nelluomo e negli altri organismi specialmente
nel grasso. Si trasferiscono lungo la catena
alimentare. In via generale, quanto più un
animale è a un livello superiore della piramide
alimentare, tanto più è elevata la concentrazione
di POPs nel suo corpo. Gli uomini sono in cima
alla catena alimentare e per questo motivo sono
soggetti ad un maggior accumulo di POPs.
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PCBs
Fluidi dielettrici in apparecchiature
elettriche. Le principali vie di contaminazione
dovute a questo uso sono riconducibili a perdite,
incendi, incidenti, scarichi illeciti e
smaltimento inadeguato. Additivi per
antiparassitari, ritardatori di fiamma, isolanti,
vernici, ecc. Le principali fonti di
contaminazione dovute a questi usi sono le
discariche, la migrazione di particelle e
l'emissione nell'atmosfera a seguito di
evaporazione. Altre fonti di contaminazione
sono l'incenerimento dei rifiuti, l'ingrassamento
dei terreni con fanghi provenienti da acque di
scarico, la combustione di oli usati.
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PCBs (bifenili policlorurati)
Ritenuti tra gli inquinanti più pericolosi per
gli organismi viventi.
Possono venire assorbiti sotto forma di vapori
attraverso lapparato respiratorio per contatto,
attraverso la cute per via gastroenterica.
Agenti cancerogeni per luomo (Agenzia
Internazionale per le Ricerche sul Cancro - IARC,
Lione)
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Come eliminare i PCBs???
Smaltimento mediante sistemi chimico-fisici in
discarica.
Trattamenti di tipo biologico BIOREMEDIATION!!!
interventi di risanamento caratterizzati
dallazione di elementi non solo chimici ma anche
biologici permettono lattuazione di azioni di
biorisanamento.
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per la valutazione dellinquinamento
Oltre al monitoraggio strumentale, per misurare
lintensità dellinquinamento, possono essere
utilizzati anche degli indicatori biologici
biomonitors, ovvero organismi che, essendo
particolarmente sensibili ai cambiamenti delle
condizioni ambientali, consentono la valutazione
del livello di inquinamento attraverso la loro
presenza o assenza, quantità e qualità
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Biomonitors
Artropodi acquatici Nematodi Licheni e.
Macromiceti Micromiceti
Funghi
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Tra i Funghi I funghi acquatici
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Programma LIFE-AMBIENTE Riduzione
delleutrofizzazione delle acque di tre piccoli
laghi italiani
 VALUTAZIONE DEI MICROMICETI ASSOCIATI ALLE
PIANTE ACQUATICHE ED ALLE ACQUE DEL LAGO DI
ENDINE
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(No Transcript)
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CAMPIONAMENTI STAGIONALI
Giugno
Settembre
Novembre
MEZZO canoa
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4 POSTAZIONI A FONDO LAGO
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PRELIEVI DI
Acqua
Cannette acquatiche
Alghe (quando presenti)
Ninfee
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IN LABORATORIO
DEPOSIZIONE DEI VEGETALI SU PIASTRE PETRI
CONTENENTI AGAR ACQUA
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isolamento
identificazione
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Campioni di acqua
Filtrazione
allestimento vetrini
colorazione
Lettura vetrini (400 x)
Conteggio conidi/litro
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Risultati
dei vegetali
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Fusti e foglie di cannette acquatiche sono
risultati colonizzati da un maggior numero di
taxa fungini rispetto a ninfee ed alghe, ma
le ninfee e le porzioni sommerse delle cannette
acquatiche di una postazione sono risultate le
meno ricche in funghi indipendentemente dalla
stagione.
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Aspergillus flavus Sempre presente a giugno
Fusarium verticillioides Sempre presente a
settembre
Phoma sp. Quasi sempre presente a novembre
Funghi ubiquitari sui vegetali del lago, non
specifici per lospite!
1000X
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• Stagonospora
• -S. macropicnidica
• S. caricis
• S. vitensis

Genere ospite-specifico! (segnalato su
Phragmites communis)
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Fusarium equiseti
400X
Mirandina corticola
1000X
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Tripospermum sp. (su ninfee e fusto sommerso di
cannette)
400X
38
400X
Chaetospermum chaetosporum (su foglie e fusti di
cannette)
64X
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Risultati
dell'acqua
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Ifomiceti acquatici solo in una postazione,
situata a monte rispetto alle altre tre. La
concentrazione rilevata, pari a 2,25 conidi/l,
risulta estremamente bassa se paragonata ai dati
registrati da altri autori in zone temperate
(10-20.000 conidi/l). Sono state riscontrate solo
2 specie Alatospora sp. e Flagellospora sp..
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PROGETTO LIFE TRELAGHILIFE 02/ENV/IT/000079CON
VEGNO CONCLUSIVOLago di Endine
Milano, 30 Ottobre 2006 Palazzo Le Stelline -
Sala Toscanini
interventi per la riduzione delleutrofizzazione
nelle acque di due piccoli laghi italiani
GRAZIE Tutti i PARTNERS del progetto Phd Erika
Lorenzi Phd Marinella Rodolfi
CONSORZIO INTERUNIVERSITARIO NAZIONALE PER LA
BIOLOGIA MOLECOLARE DELLE PIANTE - SIENA