Le malattie fungine rappresentano la perdita fino a un quarto dei raccolti mondiali. Rappresentano anche un rischio per gli esseri umani e possono essere fatali per chi ha un sistema immunitario indebolito.

Le nostre armi più potenti contro le malattie fungine delle piante sono i fungicidi azolici. Questi prodotti chimici rappresentano fino a un quarto del mercato mondiale dei fungicidi agricoli, per un valore di oltre 3,8 miliardi di dollari all’anno. Gli azoli antifungini sono anche ampiamente utilizzati come trattamento contro i funghi patogeni che possono essere fatali per l'uomo, il che aumenta la loro importanza nel nostro tentativo di controllare le malattie fungine.

Gli azoli prendono di mira gli enzimi nella cellula patogena che producono molecole simili al colesterolo, chiamate ergosterolo. L'ergosterolo è un componente importante delle biomembrane cellulari. Gli azoli riducono l'ergosterolo, provocando l'uccisione della cellula patogena. Tuttavia, nonostante l'importanza degli azoli, gli scienziati sanno poco sulla vera causa della morte degli agenti patogeni.

In un nuovo studio pubblicato su Nature Communications , Gli scienziati dell'Università di Exeter hanno scoperto il meccanismo cellulare mediante il quale gli azoli uccidono i funghi patogeni. L'articolo è intitolato "Gli azoli attivano i percorsi di morte cellulare programmata di tipo I e di tipo II nei funghi patogeni delle colture". I coautori sono il dottor Martin Schuster e il dottor Sreedhar Kilaru dell'Università di Exeter.

Il team di ricercatori, guidato dal professor Gero Steinberg, ha combinato approcci di imaging di cellule vive e genetica molecolare per capire perché l'inibizione della sintesi dell'ergosterolo determina la morte cellulare nel fungo patogeno delle colture Zymoseptoria tritic (Z. tritici). Questo fungo causa la septoria delle foglie del grano, una malattia grave nei climi temperati, che si stima causi più di 300 milioni di dollari all'anno di costi nel solo Regno Unito a causa della perdita del raccolto e dell'irrorazione di fungicidi.

Il team di Exeter ha osservato cellule viventi di Z. tritici, le ha trattate con azoli agricoli e ha analizzato la risposta cellulare. Hanno dimostrato che l’idea precedentemente accettata secondo cui gli azoli uccidono la cellula patogena causando la perforazione della membrana cellulare esterna non è applicabile. Invece, hanno scoperto che la riduzione dell'ergosterolo indotta dall'azolo aumenta l'attività dei mitocondri cellulari, la "centrale elettrica" ​​della cellula, necessaria per produrre il carburante cellulare che guida tutti i processi metabolici nella cellula patogena.

Anche se produrre più “carburante” non è di per sé dannoso, il processo porta alla formazione di sottoprodotti più tossici. Questi sottoprodotti avviano un programma di “suicidio” nella cellula patogena, chiamato apoptosi. Inoltre, livelli ridotti di ergosterolo innescano anche un secondo percorso di “autodistruzione”, che fa sì che la cellula mangi i propri nuclei e altri organelli vitali, un processo noto come macroautofagia. Gli autori dimostrano che entrambe le vie di morte cellulare sono alla base dell'attività letale degli azoli. Concludono che gli azoli spingono l'agente patogeno fungino al "suicidio" avviando l'autodistruzione.

Gli autori hanno scoperto lo stesso meccanismo degli azoli che uccidono le cellule patogene nel fungo del riso Magnaporthe oryzae. La malattia causata da questo fungo uccide fino al 30% del riso, una coltura alimentare essenziale per oltre 3,5 miliardi di persone in tutto il mondo. Il team ha testato anche altri farmaci antifungini clinicamente rilevanti che prendono di mira la biosintesi dell’ergosterolo, tra cui terbinafina, tolfonato e fluconazolo. Tutti hanno avviato le stesse risposte nella cellula patogena, suggerendo che il suicidio cellulare è una conseguenza generale degli inibitori della biosintesi dell'ergosterolo.

L'autore principale, il professor Gero Steinberg, titolare della cattedra di biologia cellulare e direttore del Centro di bioimaging dell'Università di Exeter, ha dichiarato:"I nostri risultati riscrivono la comprensione comune di come gli azoli uccidono i patogeni fungini. Mostriamo che gli azoli innescano il" suicidio "cellulare". programmi, che portano all'autodistruzione del patogeno. Questa reazione cellulare si verifica dopo due giorni di trattamento, suggerendo che le cellule raggiungono un "punto di non ritorno" dopo un certo periodo di esposizione agli azoli. Sfortunatamente, questo dà al patogeno il tempo di sviluppare resistenza contro gli azoli, il che spiega perché la resistenza agli azoli sta avanzando nei patogeni fungini, il che significa che è più probabile che non riescano a uccidere la malattia nelle colture e negli esseri umani.

"Il nostro lavoro fa luce sull'attività dei nostri agenti di controllo chimico più utilizzati nei raccolti e nei patogeni umani in tutto il mondo. Ci auguriamo che i nostri risultati si dimostrino utili per ottimizzare le strategie di controllo che potrebbero salvare vite umane e garantire la sicurezza alimentare per il futuro. "