Applicabilità di metaboliti lichenici secondari nel controllo di funghi demaziacei di interesse agroalimentare e per i beni culturali

The ecotoxicity of several commercial biocides discourages their use outdoor in the control of phytopathogens or biological patinas on the stone Cultural Heritage. New products and strategies to combine high efficacy against target organisms and low environmental impact are thus increasingly searched. In the Laboratory of Lichenology of Department of Life Sciences and Systems Biology (University of Torino) a project is ongoing to assay the allelopathic effects of lichen secondary metabolites and to evaluate their potential for microbial control. Heterogeneous inhibitory effects of the different metabolites and a species-specific activitiy suggest that studies to evaluate their applicability in different practical fields are needed. In particular, their potential to control fungi of phytopathogenic interest or common on the stone Cultural Heritage is still largely unexplored. This study investigated in the laboratory the inhibitory effects of lichen compounds on the growth of phytopathogenic fungi, Passalora fulva (Cooke) U. Braun & Crous e Graphiopsis chlorocephala (Fresen.) Trail., and of a microcolonial fungus commonly found on monuments, Coniosporium perforans Sterflinger. Inhibition tests were performed on solid nutrient-rich (PDA) and nutrient-poor (BBM) culture media, the latter simulating the oligotrophic conditions of stone surfaces. The effect of Fe3+ addition to the metabolite solutions was also evaluated. All fungi were assayed with the following metabolites: usnic acid (Sigma; 0,02mM e 0,002 mM), rhizocarpic acid (extracted from Rhizocarpon geographicum (L.) DC.; 0,001 mM], norstictic acid [from Pleurosticta acetabulum (Neck.) Elix & Lumbsch; 0,003 mM] and pulvinic acid [from Candelariella vitellina (Hoffm.) Müll.Arg; 0,003 mM]. Inhibitory effects were never observed against both the phytopathogenic fungi. Neither morphological differences nor changes in the growth rates between colonies treated with secondary metabolits and controls were indeed observed at any of the monitored time points. This result agrees with previous investigations on other fast-growing fungi, their tolerance being likely favoured by the rapid growth beyond the area treated with the metabolites. Results on C. perforans were less homogeneous and potentially related to seasonality patterns. Complete (on BBM) or partial (on PDA) growth inhibition was observed in summer assays with usnic acid, while no inhibition was detected in winter, even when higher metabolite concentrations were used. As usnic acid toxicity against animal cells has been related to mitochondrial stress and excessive ROS production, preliminary analyses were conducted on the activity of SOD in P. fulva colonies treated or not with usnic acid. SOD is indeed involved in the detoxification of ROS in fungi. Analyses performed in autumn and winter did not showed differences between treated colonies and controls, while significant seasonal variations were detected, as already reported for other organisms as algae. P. fulva tolerance of usnic acid may be thus not correlated to the SOD activity. In conclusion, the heterogeneity of the obtained results confirms the species-specificity of the inhibitory effects of lichen secondary metabolites, highlights potential seasonality patterns and prompt further researches to unveil the metabolic strategies adopted by tolerant microorganisms.

L'ecotossicità di molti dei biocidi in commercio stimola la ricerca di prodotti che coniughino efficacia sugli organismi bersaglio e minimo impatto ambientale. Nel Laboratorio di Lichenologia del DBIOS (Università di Torino) è in corso un progetto finalizzato a saggiare il potenziale allelopatico di metaboliti lichenici secondari (LMS) per un possibile impiego in biotrattamenti per il controllo di microrganismi. Differenze nell'attività inibitoria di questi composti e un'azione di tipo specie-specifico suggeriscono infatti la necessità di studi mirati per valutarne i potenziali ambiti applicativi. L'adottabilità dei LMS nel controllo di funghi fitopatogeni e di interesse per i beni culturali è in particolare largamente inesplorata. Nel presente studio sono stati indagati in laboratorio gli effetti inibitori di LMS sulla crescita di funghi di interesse agronomico, Passalora fulva (Cooke) U. Braun & Crous e Graphiopsis chlorocephala (Fresen.) Trail., e su un fungo microcoloniale frequente sui dei monumenti, Coniosporium perforans Sterflinger. Tutte le prove sono state condotte sia su un terreno ricco di nutrienti (PDA) sia su uno povero (BBM), a simulare le condizioni oligotrofiche di crescita sulle superfici lapidee. Si è inoltre esaminata l'influenza di Fe3+ sull'attività inibitoria degli LMS. Per tutti i funghi sono stati saggiati: acido usnico (di sintesi; 0,02mM e 0,002 mM), acido rizocarpico [estratto da Rhizocarpon geographicum (L.) DC.; 0,001 mM], acido norstictico [da Pleurosticta acetabulum (Neck.) Elix & Lumbsch; 0,003 mM] e acido pulvinico [da Candelariella vitellina (Hoffm.) Müll.Arg; 0,003 mM]. Le prove condotte su funghi patogeni vegetali non hanno mostrato alcuna efficacia dei LMS saggiati. In nessuno dei tempi osservati sono stati infatti evidenziate differenze morfologiche o di crescita tra trattati e controlli. Tale esito risulta in accordo con dati di letteratura relativi ad altri funghi fitopatogeni a crescita rapida, tale da superare rapidamente l'area di coltura interessata dal trattamento con LMS, favorendo la tolleranza. I risultati ottenuti per C. perforans sono meno omogenei e potenzialmente correlati a fenomeni di stagionalità. Si sono osservati effetti inibitori completi (su BBM) o parziali (su PDA) per le prove con acido usnico condotte in estate mentre non si è riscontrata inibizione nelle prove invernali, anche con concentrazioni superiori del metabolita. Considerato come l'azione di tossicità dell'acido usnico nota su cellule animali sia basata su stress mitocondriale ed eccessiva produzione di ROS, analisi proteiche preliminari sono state effettuate per evidenziare in P. fulva eventuali effetti dell'acido usnico sull'attività della SOD, enzima coinvolto nei funghi in processi di detossificazione di ROS. Confrontando le prove effettuate in autunno e in inverno su miceli trattati con acido usnico e nei controlli non si sono notate differenze significative tra le tesi, quanto piuttosto una variazione stagionale dell'attività, nota per altri organismi (alghe rosse). La capacità del fungo P. fulva di resistere ai trattamenti senza mostrare alcun segno di inibizione non sembrerebbe dunque dovuta ad un meccanismo di compensazione che coinvolge la SOD. In conclusione, i risultati confermano la specie-specificità degli effetti inibitori dei LMS, evidenziano possibili pattern di stagionalità e suggeriscono la necessità di indagini che chiariscano le strategie metaboliche adottate dai microrganismi tolleranti