Disruption of Oxaloacetate Acetylhydrolase Impairs Lignocellulose Utilization but Enhances Mycelial Material Properties in Perenniporia fraxinea

Negli angoli silenziosi e umidi di una foresta, una battaglia silenziosa per le risorse si svolge sotto il suolo e all'interno del legno in decomposizione. I funghi sono i grandi riciclatori del mondo naturale, capaci di scomporre le dure fibre vegetali che la maggior parte degli altri organismi non può toccare. Per farlo, secernono un cocktail di sostanze chimiche, tra cui un acido semplice ma potente chiamato acido ossalico. Questo acido agisce come una chiave chimica, sciogliendo i minerali duri nel terreno affinché il fungo possa berli, e abbassa anche il pH dell'ambiente per aiutare gli enzimi del fungo stesso a lavorare più velocemente nel fare a pezzi il legno. Tuttavia, questo stesso acido ha una natura a doppio taglio. Sebbene aiuti il fungo a mangiare e crescere, un eccesso di esso può indebolire la stessa struttura che il fungo costruisce per se stesso, trasformando un materiale robusto in qualcosa di fragile e incline alla rottura. Gli scienziati si sono a lungo chiesti se potessero modificare questo equilibrio chimico per creare materiali migliori dai funghi, ma ciò richiedeva un modo preciso per ridurre l'acido senza uccidere l'organismo.

Ricercatori della Gyeongsang National University e della Chosun University in Corea del Sud hanno deciso di testare questa idea utilizzando un tipo specifico di fungo del marciume bianco chiamato Perenniporia fraxinea. Questo fungo è noto per formare robusti corpi a mensola sugli alberi, rendendolo un candidato interessante per la creazione di materiali edili sostenibili. Il team si è concentrato su un gene specifico che funge da fabbrica per la produzione di acido ossalico. Utilizzando uno strumento moderno di editing genetico che funziona come forbici molecolari, hanno interrotto questo gene per vedere cosa sarebbe successo. Non hanno semplicemente rimosso il gene, ma ne hanno interrotto le istruzioni in modo che il fungo non potesse più produrre l'enzima responsabile della maggior parte della sua produzione di acido. L'obiettivo era osservare come il fungo avrebbe reagito quando il suo metodo primario di acidificazione del proprio ambiente fosse stato compromesso, e se questo cambiamento avrebbe alterato la forza dei tappeti che produce.

I risultati hanno mostrato che l'editing genetico ha funzionato esattamente come previsto, sebbene non perfettamente. Il fungo modificato produceva significamente meno acido ossalico, scendendo da una concentrazione di 10,5 millimoli per litro nel fungo normale a 5,1 millimoli per litro nella versione editata. Poiché c'era meno acido, il liquido che circondava il fungo è diventato meno acido, con il pH che saliva da 4,8 a 5,4. Questo cambiamento ha avuto conseguenze immediate sul modo in cui il fungo interagiva con il suo cibo. Quando posto su un mezzo contenente fosfato di calcio insolubile — una forma di minerale difficile da sciogliere — il fungo editato faticava a crescere. Non riusciva a scomporre il minerale per accedere ai nutrienti al suo interno. Allo stesso modo, quando il fungo veniva posto su segatura di quercia o su una dieta composta solo da lignina, la componente principale del legno, cresceva molto scarsamente rispetto alla versione non editata. I ricercatori hanno scoperto che gli enzimi responsabili della digestione del legno erano meno attivi nel fungo editato, ma ciò era dovuto principalmente al fatto che l'ambiente non era abbastanza acido per farli lavorare efficientemente. Quando gli scienziati hanno abbassato manualmente il pH del liquido per far corrispondere l'acidità naturale, l'attività enzimatica è tornata a salire, dimostrando che il fungo possedeva ancora gli strumenti per digerire il legno, ma mancava dell'ambiente chimico per usarli.

Nonostante queste difficoltà nel mangiare e crescere su substrati duri, il fungo editato ha prodotto qualcosa di molto più impressionante: un materiale fisico molto più forte. I ricercatori hanno fatto crescere grandi tappeti di fungo, che sono essenzialmente spessi mantelli di filamenti fungini, e ne hanno testato la resistenza. I tappeti prodotti dal fungo editato erano significativamente più robusti. Potevano resistere a una forza di rottura quasi tre volte superiore rispetto ai tappeti prodotti dal fungo normale. Erano anche più rigidi e potevano allungarsi di più prima di spezzarsi. Questo miglioramento della forza non era solo una piccola modifica; era un cambiamento fondamentale nelle proprietà del materiale. Il fungo editato produceva anche tappeti leggermente più pesanti e spessi, con uno strato superiore di filamenti più robusto. La riduzione dell'accumulo di acido sembrava prevenire l'indebolimento e l'imbrunimento del materiale, problemi comuni nei materiali a base di funghi.

Lo studio ha anche rivelato come il fungo tentasse di compensare la perdita della sua principale fabbrica di acido. Il fungo ha aumentato l'attività di altre vie metaboliche, di fatto deviando la sua chimica interna per continuare a produrre dell'acido attraverso una via diversa. Ciò suggerisce che il fungo è altamente adattabile e possiede sistemi di riserva per garantire di poter ancora sopravvivere anche quando il suo metodo primario viene bloccato. I ricercatori hanno notato che la presenza di più calcio disponibile nell'ambiente, che non era più intrappolato dall'acido mancante, potrebbe aver aiutato il fungo a costruire una parete cellulare più forte e una struttura più robusta. Questa scoperta evidenzia un affascinante compromesso nella biologia di questi organismi. Lo stesso processo chimico che aiuta il fungo a sopravvivere in natura sciogliendo i minerali e digerendo il legno, sembra indebolire l'integrità strutturale del materiale che crea.

Interrompendo il gene responsabile della produzione di acido ossalico, i ricercatori hanno dimostrato che è possibile ingegnerizzare i funghi per scopi specifici. Sebbene il fungo editato fosse meno efficiente nel decomporre il legno in un ambiente naturale, è diventato un costruttore superiore di materiali durevoli. Ciò suggerisce che per le applicazioni industriali dove l'obiettivo è creare blocchi edilizi forti e sostenibili piuttosto che decomporre le foreste, la riduzione della produzione di acido è una strategia praticabile. Il lavoro fornisce una strada chiara per lo sviluppo di materiali fungini che siano non solo ecologici, ma anche meccanicamente superiori, offrendo un nuovo modo per pensare a come possiamo sfruttare i riciclatori della natura per i bisogni umani. Lo studio conferma che i meccanismi biologici che i funghi usano per prosperare in natura possono essere modificati per adattarsi alle esigenze della moderna produzione, trasformando una debolezza naturale in un punto di forza strutturale.