Il suolo è una componente fondamentale della vita sulla Terra ed è alla base di molti ecosistemi. I minerali, la materia organica e i microrganismi nel suolo possono essere considerati come un unico sistema, con strette associazioni e interazioni che si verificano tra di loro. Le interazioni di questi composti hanno un impatto importante sui processi terrestri, sulla qualità ambientale e sulla salute dell'ecosistema1. L'inquinamento del suolo pone seri problemi ambientali in tutto il mondo. L'applicazione indiscriminata, a lungo termine ed eccessiva di sostanze recalcitranti e tossiche, come pesticidi, prodotti petroliferi, plastica e altre sostanze chimiche, ha gravi effetti sull'ecologia del suolo e, di conseguenza, può alterare il microbiota del suolo. Le comunità microbiche nei suoli sono composte da una vasta gamma di organismi in diversi stati fisiologici, la maggior parte dei quali sono batteri e funghi. Molti dei contaminanti nei suoli hanno stabilità a medio-lungo termine e la loro persistenza può portare allo sviluppo di meccanismi adattivi che consentono ai microrganismi di utilizzare sostanze recalcitranti come nutrienti 2,3. Questi microrganismi possono, quindi, essere considerati per le tecniche di biorisanamento.
Il biorisanamento cerca di mitigare gli effetti dell'inquinamento utilizzando microrganismi e i loro enzimi per la degradazione o la trasformazione dei rifiuti in composti meno tossici o non tossici. Varie specie di archaea, batteri, alghe e funghi possiedono questa capacità di biorisanamento4. Come risultato delle loro particolari azioni biodegradative, i funghi sono organismi particolarmente promettenti per il biorisanamento. Possono attaccare diversi substrati usando la loro rete ifale, consentendo loro di penetrare nella matrice del suolo in modo più efficiente rispetto ad altri microrganismi. Inoltre, possono raggiungere interstizi inaccessibili in cui i contaminanti sono difficili da rimuovere5 e possono anche sopravvivere a bassi livelli di umidità6. Inoltre, i funghi sintetizzano diverse cassette di enzimi non specifici, di solito per degradare sostanze recalcitranti naturali come cellulosa, lignina e acidi umici. Quelli che mancano del substrato bersaglio possono essere coinvolti nella degradazione di una vasta gamma di inquinanti recalcitranti, come idrocarburi, plastica e pesticidi 7,8,9,10. Pertanto, sebbene molte specie fungine siano già state segnalate come agenti di biorisanamento, vi è un crescente interesse nell'esplorazione di specie che non sono ancora state studiate per selezionare candidati per il biorisanamento di sostanze contaminanti recalcitranti. Le specie già note per avere proprietà di biorisanamento appartengono ai phyla Ascomycota 11,12,13, Basidiomycota14,15 e Mucoromycota. Ad esempio, i generi Penicillium e Aspergillus sono ben noti per essere coinvolti nella degradazione degli idrocarburi alifatici13, diversi polimeri plastici 16,17,18, metalli pesanti 19 e coloranti20. Allo stesso modo, studi condotti su funghi basidiomiceti, come Phanerochaete chrysosporium e Trametes versicolor, hanno rivelato il loro coinvolgimento nell'ossidazione di materiali recalcitranti come gli idrocarburi aromatici13 e le plastiche21. Un altro esempio di funghi coinvolti nei processi di biodegradazione sono gli zigomiceti Rhizopus spp., Mucor spp. e Cunninghamella spp.22,23. In particolare, Cunninghamella è in grado di ossidare idrocarburi aromatici ed è considerata un organismo modello per lo studio della disintossicazione di prodotti da una vasta gamma di xenobiotici13.
Ci sono diversi enzimi fungini coinvolti nei principali processi degradativi dei materiali recalcitranti 24,25, come esterasi, laccasi, perossidasi e proteasi. Le laccasi sono ossidasi contenenti rame prodotte nella cellula e successivamente secrete, che permettono l'ossidazione di una varietà di composti fenolici e aromatici. Possono degradare orto e parafenoli, i fenoli contenenti gruppi amminici, la lignina e le diammine contenenti il gruppo arilico26. Le perossidasi utilizzano il perossido di idrogeno come mediatore per degradare la lignina e altri composti aromatici. Ci sono molte perossidasi diverse, ma quelle con il maggior potenziale di degradare le sostanze tossiche sono la lignina perossidasi e la perossidasi di manganese27.
Le esterasi e le proteasi appartengono al gruppo degli enzimi extra- o ecto-cellulari, che agiscono al di fuori delle loro cellule di origine ma sono ancora legati ad esse. Questi enzimi possono catalizzare l'idrolisi di grandi molecole recalcitranti in quelle più piccole. A causa della loro bassa specificità del substrato, questi enzimi possono svolgere un ruolo chiave nel biorisanamento di vari inquinanti, come coloranti tessili, effluenti rilasciati dalle industrie della cellulosa e della carta e concia della pelle, prodotti petroliferi, materie plastiche e pesticidi 28,29,30.
Sono già stati pubblicati numerosi metodi di screening per selezionare ceppi fungini biorisanativi. Ad esempio, il mezzo di agar a base di paglia è stato utilizzato per lo screening di funghi di marciume bianco ad alto potenziale nella degradazione degli idrocarburi policiclici aromatici (IPA)31; e piccoli pezzi di legno in decomposizione sono stati posti su agar estratto di malto (MEA) per isolare i funghi in decomposizionedel legno 32. Tuttavia, la maggior parte dei metodi che sono già stati proposti selezionano funghi molto specifici per la loro attività di interesse. Questa ricerca propone un approccio più ampio per la selezione dei funghi del suolo con un più ampio raggio d'azione. Il metodo si basa sulla placcatura iniziale di diluizioni seriali di campioni di terreno su un mezzo modificato con acidi umici o lignocellulosa mescolati con antibiotici per selezionare funghi con la capacità di degradare queste sostanze recalcitranti naturali. Gli acidi umici e la lignocellulosa, infatti, sono sostanze estremamente resistenti alla biodegradazione poiché hanno strutture molecolari molto complesse, e questo permette loro di essere ottimi indicatori della capacità degradativa dei funghi testati33,34. Successivamente, i funghi selezionati nei primi test vengono sottoposti a screening per identificare quelli con il potenziale di degradare inquinanti specifici come petrolato, olio motore usato e plastica. Infine, vengono eseguiti test enzimatici qualitativi per rilevare ceppi fungini in grado di produrre enzimi coinvolti nei processi di biodegradazione di sostanze recalcitranti. A tale scopo vengono condotti test di proteasi e esterasi, mentre l'acido gallico e il guaiacolo sono utilizzati come indicatori della produzione di laccasi e di altri enzimi ligninolitici35,36. Questi substrati sono utilizzati perché è stata trovata una forte correlazione tra la capacità dei funghi di ossidarli alla loro forma di colore marrone e il possesso di capacità ligninolitica 37,38,39.
Attraverso questi protocolli, è possibile isolare ceppi fungini ad alto potenziale degradativo e un ampio spettro di azione direttamente da campioni di suolo. L'isolamento di questi ceppi fungini potrebbe aiutare a trovare nuovi candidati per scopi di biorisanamento.