Funghi All’Opera: Il Lavoro di Squadra Segreto Dietro la Crescita delle Ife!

Amici appassionati di scienza e curiosi del mondo microscopico, tenetevi forte! Oggi vi porto nel cuore pulsante della vita dei funghi filamentosi, e più precisamente, andiamo a curiosare in casa di Trichoderma reesei, una vera e propria superstar nell’industria degli enzimi. Per anni, abbiamo pensato che la crescita di queste affascinanti strutture filamentose, chiamate ife, fosse un “one-man show”, tutto merito della cellula all’apice, la cosiddetta cellula apicale. Immaginatevela come la punta di una matita che si allunga, disegnando il suo percorso nel substrato. Si pensava che solo lei, con un incredibile gioco di equilibri tra pressione interna (il turgore), il “vomitare” fuori nuovo materiale (esocitosi) e il “rimangiare” parte della membrana (endocitosi), fosse la responsabile dell’espansione. Ma se vi dicessi che abbiamo scoperto che c’è un intero team di supporto che lavora dietro le quinte?

Una Sorpresa Subapicale: Non Solo la Punta Conta!

Eh sì, pare proprio che le cellule che seguono quella apicale, le cosiddette cellule subapicali, non se ne stiano lì a guardare! Le nostre ricerche su Trichoderma reesei hanno scoperchiato un vaso di Pandora, o meglio, un micelio di sorprese. Abbiamo visto che la seconda e la terza cellula subito dietro la capofila sono assolutamente cruciali per l’allungamento dell’ifa. La loro importanza sembra legata a un flusso di citoplasma che spinge verso la punta, un po’ come una corrente che aiuta la cellula apicale nel suo lavoro di espansione. E non è finita qui: anche le cellule dalla quarta alla sesta danno il loro contributo, sostenendo tassi di crescita più rapidi. Insomma, più siamo, meglio cresciamo!

Per capirci qualcosa, abbiamo usato tecniche da veri detective della biologia cellulare. Immaginate di poter “spiare” dentro le cellule vive mentre lavorano. Grazie a microscopi super potenti e a traccianti fluorescenti, abbiamo osservato che anche nelle cellule subapicali c’è un gran fermento di esocitosi ed endocitosi. Vescicole cariche di materiale, come piccoli camioncini, e endosomi precoci, che sono un po’ i centri di smistamento e riciclo, viaggiano avanti e indietro tra una cellula e l’altra, attraversando delle specie di “porte” chiamate setti. E indovinate un po’ cosa usano come autostrade? I microtubuli, che sono parte dello scheletro della cellula!

Il Flusso di Materiali: Un Autostrada Cellulare per la Crescita

Ma cosa trasportano questi instancabili camioncini subapicali? Beh, tra le altre cose, enzimi fondamentali per costruire la parete cellulare, come la 1,3-β-glucano sintasi. È come se le cellule più arretrate preparassero i mattoni e il cemento e li inviassero al cantiere principale, che è la punta dell’ifa in crescita. Questo significa che le cellule subapicali non sono semplici vagoni passivi, ma attive stazioni di produzione e smistamento che riforniscono continuamente l’apice.

Per mettere alla prova queste idee, abbiamo fatto degli esperimenti un po’ “cattivi”: con un raggio laser, abbiamo danneggiato selettivamente alcune cellule subapicali per vedere cosa succedeva alla crescita della punta. E i risultati sono stati chiari: se danneggi la seconda cellula, la crescita quasi si blocca. Se danneggi la terza, la crescita rallenta parecchio. Anche danneggiando la quarta, quinta o sesta cellula, la velocità di crescita ne risente, sebbene l’ifa continui ad allungarsi. Questo ci ha confermato che queste cellule “di supporto” sono davvero importanti.

Abbiamo anche osservato da vicino questi setti, le pareti trasversali che separano le cellule. In T. reesei, la maggior parte di questi setti ha dei pori belli larghi, spesso “sorvegliati” da strutture chiamate corpi di Woronin (WB). Pensate ai WB come a dei buttafuori: se c’è un danno, possono tappare il poro per evitare che la cellula si svuoti. Ma in condizioni normali, in T. reesei, circa l’85% di questi pori nei primi cinque setti sono aperti, permettendo questo flusso di materiale e comunicazione tra cellule. Questo è diverso da quanto osservato in altri funghi, dove i setti sono spesso chiusi, suggerendo che T. reesei potrebbe avere una strategia di crescita un po’ speciale.

Esocitosi ed Endocitosi: Non Solo un Affare Apicale

Una delle scoperte più affascinanti è stata proprio questa intensa attività di secrezione (esocitosi) e riciclo (endocitosi) nelle cellule subapicali. Tradizionalmente, si pensava che l’endocitosi, cioè il processo con cui la cellula “inghiotte” pezzi della sua membrana e molecole dall’esterno, avvenisse quasi esclusivamente all’apice della cellula di testa. Invece, usando un colorante speciale (FM4-64) che traccia questo percorso, abbiamo visto che finisce nelle membrane dei vacuoli (una specie di “stomaco” della cellula) in tutte le prime sei cellule! E non solo: abbiamo visualizzato i “macchinari” dell’endocitosi, le cosiddette “actin patches” (aggregati di actina), dinamiche e attive sulla membrana di tutte queste cellule. Certo, la punta della cellula apicale è quella con più attività, ma le cellule subapicali non sono da meno, mostrando un’attività endocitica che arriva al 38-45% di quella della punta, se consideriamo aree equivalenti di membrana.

Se c’è endocitosi, deve esserci anche esocitosi per mantenere l’equilibrio della membrana. E infatti, abbiamo trovato prove anche di questo. Le cellule subapicali sono piene di reticolo endoplasmatico (dove si producono lipidi e proteine) e di apparati del Golgi (che smistano e impacchettano queste molecole per la secrezione). Abbiamo “etichettato” con fluorescenza una proteina chiamata Snc1, che è come un’etichetta di spedizione sulle vescicole destinate a fondersi con la membrana plasmatica per rilasciare il loro contenuto. Ebbene, abbiamo visto queste vescicole etichettate muoversi e fondersi con la membrana non solo nella cellula apicale, ma anche nella seconda cellula! Addirittura, abbiamo marcato l’enzima 1,3-β-glucano sintasi e, dopo aver “scolorito” con un laser la fluorescenza nella prima cellula, abbiamo visto questo enzima, proveniente dalle cellule subapicali, riapparire bello fresco all’apice e inserirsi nella membrana, pronto a lavorare. Con un’altra tecnica ancora (fotoattivazione), abbiamo “acceso” la fluorescenza di questo enzima solo nella seconda cellula e, dopo un po’, lo abbiamo ritrovato accumulato proprio sulla punta dell’ifa. Incredibile, no?

Un Modello di Crescita Cooperativa

Quindi, cosa ci dice tutto questo? Che la crescita ifale in Trichoderma reesei è un sofisticato lavoro di squadra. La cellula apicale e le prime due cellule subapicali formano quella che potremmo chiamare “l’unità di crescita principale” (Core Growth Unit – CGU). Queste tre sono essenziali e sembrano responsabili della generazione della spinta principale (il flusso citoplasmatico) verso la punta. Poi ci sono le cellule successive, dalla quarta alla sesta (e forse oltre), che costituiscono una “unità di crescita di supporto” (Supportive Growth Unit – SGU). Queste non sono indispensabili per la crescita di base, ma la accelerano notevolmente, fornendo ulteriori rifornimenti, come enzimi per la parete cellulare, attraverso un efficiente sistema di trasporto basato su microtubuli che attraversa i setti.

Abbiamo anche identificato una proteina, TrHok1, che funziona come un “gancio” per attaccare gli endosomi ai motori molecolari che li trasportano sui microtubuli. Eliminando il gene per questa proteina, il movimento diretto degli endosomi si è quasi fermato, la crescita dell’ifa è rallentata significativamente e le ife hanno iniziato a ramificarsi di più nelle zone subapicali. Questo conferma l’importanza di questo traffico di endosomi per una crescita efficiente e focalizzata.

Questa scoperta che le cellule subapicali sono così attive nella secrezione e nell’endocitosi, e che contribuiscono così tanto alla crescita della punta, sfida un po’ le vecchie concezioni. È un po’ come scoprire che in una catena di montaggio non lavora solo l’operaio alla fine della linea, ma che tutti i reparti precedenti sono fondamentali per la velocità e la qualità del prodotto finale. Capire a fondo questi meccanismi non è solo affascinante dal punto di vista della biologia fondamentale dei funghi, ma potrebbe avere implicazioni importanti anche per come utilizziamo Trichoderma reesei e altri funghi filamentosi nell’industria, ad esempio per migliorare la produzione di enzimi.

Insomma, la prossima volta che pensate ai funghi, ricordatevi che la loro crescita è un incredibile esempio di cooperazione cellulare, un balletto finemente orchestrato di trasporto, secrezione e riciclo che si estende ben oltre la semplice punta dell’iceberg… o meglio, dell’ifa!

Fonte: Springer