Lacatena, Federica (2017) Metaboliti di origine fungina per il controllo degli insetti dannosi in agricoltura. [Tesi di dottorato]

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A partire dagli ultimi quindici anni l'instaurarsi delle pratiche IPM in agricoltura ha modificato radicalmente gli approcci e le tecniche di lotta ai patogeni per le specie agricole. In particolare, c'è stato un forte incremento dello sviluppo di nuove biotecnologie costituite da formulati biologici ecosostenibili che hanno alla base organismi benefici e/o agenti di biocontrollo, in grado di controllare la diffusione delle malattie in pianta. L'impiego di prodotti biologici ecosostenibili per l'agricoltura ha ridotto sensibilmente l'utilizzo dei pesticidi chimici limitando i danni all'ambiente e aumentato notevolmente la qualità dei prodotti agricoli in termini di proprietà organolettiche e nutritive. Lo scopo principale di questa ricerca è la caratterizzazione di molecole ad azione insetticida, nuove o già note, prodotte da specie fungine da impiegare per il controllo degli insetti patogeni in agricoltura. Il primo risultato del lavoro è stato la realizzazione di una vasta collezione microbica con specie e ceppi provenienti da diversi habitat. Da ogni specie fungina sono stati ottenuti estratti organici di metaboliti secondari potenzialmente attivi. Ogni estratto è stato testato sull'afide Acyrthosiphon pisum attraverso un approccio di bioassay-guided fractionation mettendo a punto un sistema di screening molto veloce, in grado di fornire in breve tempo, informazioni sull'attività insetticida delle molecole contenute negli estratti organici. Tutti gli estratti organici grezzi risultati attivi sono stati frazionati con tecniche cromatografiche e analizzati attraverso LC-MS q-TOF ed NMR mono e bi-dimensionale allo scopo di individuare le singole molecole responsabili dell'attività insetticida. Allo scopo di stimolare il metabolismo fungino nella produzione di molecole nuove o potenzialmente attive attraverso l'interazione interspecifica sono state realizzate co-colture tra organismi appartenenti a diverse specie, anche in questo caso gli estratti organici ottenuti sono stati testati su A. pisum ed analizzati. Ogni metabolita è stato testato su pianta per verificare un'eventuale fitotossicità. Sono state realizzate delle derivatizzazioni chimiche attraverso acetilazione allo scopo di comprendere al meglio la struttura, la natura e la relazione tra struttura molecolare e attività insetticida delle molecole nuove. Sono stati ottenuti sei estratti dotati di attività insetticida appartenenti alle specie seguenti: Paecilomyces lilacinus; Penicillium griseofulvum; Beauveria bassiana; Metarhizium anisopliae; Talaromyces pinophilus; Pochonia chlamydosporia. Cinque dei quali contenevano molecole dotate di attività insetticida già note in letteratura, in particolare sono state purificate le seguenti molecole: leucinostatine; griseofulvina; beauvericina; destruttina B2; 3-o-methylfunicone. Dalla frazione organica attiva del fungo nematopatogeno P. chlamydosporia è stata caratterizzata una molecola nuova, mai purificata da fonte naturale o ottenuta per sintesi, dotata di forte attività insetticida su A. pisum. Da questo risultato è stato realizzato un brevetto per l'impiego di questo nuovo metabolita ad azione insetticida come base per la realizzazione di bio-formulati da utilizzare per il controllo degli insetti patogeni in agricoltura. L'estratto grezzo ottenuto dalla co-coltura della specie fungina Trichoderma harzianum ceppo M10 (noto agente di biocontrollo) e Talaromyces pinophilus ceppo F36CF (endofita) è risultato contenere un metabolita nuovo mai caratterizzato precedentemente e prodotto in maniera indotta dall'interazione tra i due ceppi. Questa nuova molecola, un derivato dell'acido tetramico qui denominata acido harziafilico, non ha mostrato attività insetticida su A. pisum ma possiede forti proprietà antiploriferative su cellule del cancro al colon-retto. Risultato quest'ultimo, ottenuto nell'ambito di una collaborazione con il Dipartimento di Farmacia dell'Università di Napoli Federico II. Concludendo, dai risultati ottenuti nell’ambito di questo lavoro è possibile affermare che l’impiego di specie fungine provenienti da diversi habitat per la realizzazione di colture mirate alla produzione di metaboliti secondari, può essere considerata una strategia valida e con elevate potenzialità ancora in gran parte ignote. I risultati prodotti possono essere utili per la realizzazione di bio-formulati da utilizzare per la lotta biologica in agricoltura. Il principio attivo alla base di essi potrebbe essere costituito dagli estratti organici delle specie fungine attive, dalle molecole isolate e dotate di attività insetticida, e/o dai ceppi microbici vivi già noti per le proprietà entomopatogene.

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