Azienda Ospedaliero-Universitaria Policlinico di Catania Laboratorio Centralizzato di Analisi Laboratorio di Micologia Università degli Studi di Catania Dipartimento di Scienze Microbiologiche e Scienze Ginecologiche Caratteristiche generali dei miceti Prof.Salvatore Oliveri oliveri@unict.it
Caratteristiche principali dei funghi Organismi eucarioti Unicellulari (lieviti) o pluricellulari (muffe) A riproduzione sessuata (forma perfetta o teleomorfa) o asessuata (forma imperfetta o anamorfa) Aerobi obbligati o facoltativi Chemiorganotrofi eterotrofi, privi di clorofilla Struttura della cellula fungina Capsula Struttura non costante, polisaccaridica; presente in qualche lievito patogeno (es. Cryptococcus neoformans costuituita da galattoxilomannano e glicuronxilomannano) Parete Struttura costante, prevalentemente polisaccaridica (circa 75% peso secco). Assenza di peptidoglicano, Membrana citoplasmatica Struttura tristratificata, lipoproteica, contenente ergosterolo Nucleo Circondato da una doppia membrana con molti pori, risulta spesso associato ad un vacuolo di grandi dimensioni La membrana esterna è spesso associata al reticolo endoplasmatico
Struttura della cellula fungina Cromosomi In numero variabile in relazione alla specie, aploidia, diploidia, aneuploidia Reticolo endoplasmatico Composto da strati di strutture microtubulari cui sono frammisti numerosi ribosomi e in particolare, nelle cellule in attiva sintesi proteica, appare costituito da vescicole associate alla membrana nucleare Mitocondri Presenza di DNA, variabilità della forma (da sferici ad allungati) e delle dimensioni e minore e più irregolare contenuto in cisterne Vacuoli Delimitati da una propria membrana (tonoplasto); possono contenere pigmenti e inclusioni di materiali nutritizi quali il glicogeno Differenze tra Miceti e batteri Miceti: Volume cellulare Lieviti: 20 50µm Muffe: variabile 1 5µm Batteri Nucleo Eucariotico Procariotico Citoplasma Mitocondri, RE Niente organuli Membrana Contiene steroli Non li contiene Parete cellulare Metabolismo Glucani, mannani, chitina, assenza di peptidoglicano. Eterotrofi, aerobianaerobi facoltativi Peptidoglicano e assenza di chitina, glucani e mannani. Aerobi, anaerobi obbligati e facoltativi, eterotrofi e autotrofi. Dimorfismo Caratteristica distintiva Assente tranne rare eccezioni (spore e clamidie).
Parete cellulare fungina Costituisce il 15-30% del peso secco della cellula Costituenti Glucani Polimeri di D-glucoso con conformazione β 1-3 e β 1-6, in alcuni funghi in conformazione α Polisaccaridi Mannani Chitina Polimeri di D-mannoso Polimero di N-acetil glucosamina con legami β 1-4 Chitosano Polimero di D-glucosamina con legami β 1-4 (presente esclusivamente negli Zigomiceti) Lipidi e Proteine Struttura della parete di lievito: ipotesi della struttura lineare Mannoproteine Mannoproteine Glucani β-1,6 Mannoproteine Glucani β-1,6 Rete tridimensionale di molecole di β-1,3 glucani Chitina Chitina Chitina Chitina
Parete cellulare fungina Componente polisaccaridica Chitina Glucani Conferiscono rigidità alla cellula e in C.albicans costituiscono il 45% del peso secco della parete Legata covalentemente al Glucano con conformazione β 1-3, il complesso chitina-glucani costituisce lo strato fibrillare più interno della parete Mannani Mannani Intraparietali Extraparietali Rilasciati Si complessano con le proteine e svolgono importanti funzioni (adesione, antigeni) oltre a contribuire alla rigidità della parete Proprietà delle mannoproteine I mannani e le mannoproteine giocano un importante ruolo immunomodulatorio, essendo in grado di regolare molte delle attività del sistema immune (cellule natural-killer, cellule fagocitiche, immunità cellulo-mediata ed umorale). Inoltre tali proteine mediano diverse funzioni, come l adesione sia a substrati inerti come la plastica, sia a cellule umane o animali, evidenziando una notevole importanza quali fattori di virulenza. È da notare che la loro espressione varia in funzione della temperatura, il terreno di coltura e lo stato lievito-ifa (C. albicans).
Confronto tra componenti della parete cellulare di S. cerevisiae e di C. albicans Macromolecola Mannoproteine β(1,6)-glucano β(1,3)-glucano Chitina Peso secco della parete (%) S. cerevisiae C. albicans 50 35-40 5 20 40 40 1-3 1-2 Fungal cell
Ergosterolo La biosintesi dell ergosterolo è fondamentale per la formazione di nuove citomembrane. A causa della stretta somiglianza tra ergosterolo e colesterolo, la maggior parte degli enzimi della via biosintetica che conduce all ergosterolo nei funghi, assomigliano strettamente agli enzimi corrispettivi per la sintesi del colesterolo nei mammiferi. I farmaci che direttamente o indirettamente agiscono sull ergosterolo rischiano di produrre effetti tossici per l ospite, a meno che non siano sufficientemente selettivi Caratteristiche principali dei funghi Organismi eucarioti Unicellulari (lieviti) o pluricellulari (muffe) A riproduzione sessuata (forma perfetta o teleomorfa) o asessuata (forma imperfetta o anamorfa) Aerobi obbligati o facoltativi Chemiorganotrofi eterotrofi, privi di clorofilla
LIEVITI Tallo unicellulare (BLASTOCONIDIO) Microfotografia TEM Muffe Tallo pluricellulare costituito da ife conidia conidia L insieme delle ife formano il micelio
Micelio vegetativo, costituito da ife che penetrano nel terreno per assorbire nutrienti e dare sostegno Micelio aereo, costituito da ife che si sviluppano al di sopra del substrato e a contatto con l aria, il cui compito è sostenere la struttura riproduttiva. Esso può aderire al substrato dando luogo a colonie glabre o ergersi al di sopra di esso e formare colonie vellutate, cotonose o lanose Le ife possono essere: Sifonate o cenocitiche Settate
Lieviti Organismi unicellulari con cellule di varia forma e dimensione, di solito rotondeggianti od ovali. Si riproducono per blastogonia, o gemmazione, o più raramente per schizogonia o scissione. Le blastocellule, in seguito a imperfetti processi di gemmazione, possono restare unite e formare pseudoife nelle quali le blastocellule mantengono comunque la loro individualità e si distinguono dalle vere ife per la presenza di restringimenti a livello delle giunzioni e cellule terminali più corte o di eguale lunghezza di quelle che le precedono. Modalità di crescita di lieviti appartenenti al genere Candida A) Lievito B) Vere ife C) Pseudoife
Muffe L unità strutturale delle muffe, o funghi miceliali, è rappresentata dall ifa, filamento pluricellulare, con o senza setti, di forma e dimensioni variabili che viene prodotta quando l unità riproduttiva di un fungo (conidio o spora) si trova in un ambiente permissivo di crescita. L insieme delle ife costituisce il micelio (o tallo) della colonia fungina. Le ife che penetrano nel terreno per assorbire sostanze nutritive costituiscono il micelio vegetativo, quelle proiettate sopra la superficie del terreno, quindi a contatto con l aria, il micelio aereo. Poiché la parte aerea spesso porta cellule riproduttive è anche nota come micelio riproduttivo Muffe Le ife fungine sono di diamentro sempre maggiore di 1 µm e sono divise da setti parietali. I miceli non settati sono detti cenocitici cioè i loro nuclei sono circondati da masse continue di citoplasma. L allungamento apicale delle ife è dovuto alla pressione che la continua sintesi di protoplasma esercita sulle zone di accrescimento dell fa nella quale la parete cellulare è indebolita da specifici enzimi litici. L accrescimento può essere apicale o formare ramificazioni
Accrescimento vegetativo L accrescimento estensivo del tallo avviene: Nei lieviti per divisione cellulare sulla base del rapporto critico massa /superficie della singola cellula Nelle muffe per formazione di nuovo tallo per: Sviluppo apicale Ramificazione ifale Riproduzione I miceti si riproducono per mezzo di strutture specializzate (spore o conidi), mediante due modalità di riproduzione, sessuale (perfetta o teleomorfa) ed asessule (imperfetta o anamorfa) che in genere si alternano nel ciclo vitale del fungo con ritmi e frequenze diverse nelle varie specie Riproduzione sessuata Riproduzione asessuata Mediata da spore Mediata da conidi Negli Zigomiceti, Mucorales, è mediata da sporangiospore prodotte all interno di sporangi
Riproduzione spore, sessuate o teleomorfe, risultanti da processi di meiosi preceduti da fusione di protoplasma e nuclei Es.: ascospore, basidiospore, oospore, zigospore conidi, asessuati o anamorfi, derivati da processi mitotici senza fusione di gameti differenziati Es.: sporangioconidi, artroconidi, blastoconidi, anelloconidi Ciclo parasessuale Ricombinazione mitotica Fenomeno di ricombinazione tra DNA parentali senza intervento di gameti differenziati. Dimostrato nel genere Aspergillus, si svolge in diverse tappe: Fusione di ife e presenza nello stesso citoplasma di nuclei aploidi. L eterocarionte può rimanere stabile e i 2 nuclei possono dividersi in modo singolo Raramente si ha fusione dei 2 nuclei con formazione di nuclei diploidi eterozigoti che tendono a dividersi in sintonia con nuclei aploidi A bassa frequenza 1/10.000, nei nuclei diploidi si ha ricombinazione. Segregazione e formazione di nuclei aploidi, conteneti sia DNA parentale che ricombinato.
Riproduzione asessuata Nella maggior parte dei miceti è la principale modalità di riproduzione. I nuclei si dividono dando luogo, a volte, anche a cellule polinucleate. Il nuovo clone si forma senza intervento di gameti e fusione nucleare. Esistono due modalità di conidiogenesi: Tallica prevede la trasformazione di cellule vegetative del tallo in conidi Blastica prevede la nuova formazione di cellule per estroflessione (gemmazione) da altre cellule, con neosintesi di materiale parietale Esempi di conidiogenesi tallica Artroconidi Geotrichum Aleurioconidi M.canis
Esempi di conidiogenesi blastica I conidi si formano per gemmazione (o processi assimilabili) da una cellula conidiogena che può essere morfologicamente simile al conidio (lieviti) o diversa (funghi miceliali) Conidiogenesi in Aspergillus Gemmazione nei lieviti Gemmazione
Riproduzione sessuata: Basidiomiceti Riproduzione sessuata: Ascomiceti Ascospore
Riproduzione sessuata: Zigomiceti Rhizopus stolonifer
Definizione dei miceti in base alla modalità di riproduzione Anamorfi: miceti che presentano riproduzione asessuata Teleomorfi: Miceti che presentano riproduzione sessuata Olomorfi: Miceti che le presentano entrambe
Classificazione dei Miceti Per convenzione la classificazione dei miceti si basa sulle modalità di riproduzione sessuata Tale inquadramento tassonomico risulta poco funzionante in Micologia Medica in quanto gli agenti eziologici di infezioni fungine si presentano nella loro forma imperfetta Divisione Ascomycota Basidiomycota Deuteromycota Zygomycota Caratteristiche Funghi unicellulari e filamentosi a micelio a micelio settato. Riproduzione asessuata mediante blastoconidi o conidi prodotti su conidiofori molto differenziati morfologicamente. Riproduzione sessuata mediata da ascospore formate all interno di aschi contenuti in ascocarpi. Funghi unicellulari o filamentosi a micelio settato. Riproduzione asessuata mediante conidi. Riproduzione sessuata realizzata da basidiospore originatesi da basidi. Funghi unicellulari o filamentosi a micelio settato. Riproduzione asessuata mediata da conidi molto differenziati morfologicamente e per modalità di conidiogenesi. Riproduzione sessuata sconosciuta o riscontrata raramente. Funghi (omotallici ed eterotallici) con micelio scarsamente settato. Riproduzione asessuata mediante spore prodotte in sporangi o sporangioli. Rpiproduzione sessuata mediante zigospore