Profilazione multi-omica su larga scala rivela i fattori ambientali ed evolutivi che guidano la diversità filogeografica e metabolica dei funghi

Perché la chimica nascosta dei funghi è importante

Molte delle minacce più gravi per l’alimentazione e la salute nel mondo sono invisibili. Funghi microscopici che vivono nel suolo e sulle colture possono produrre composti potenti che contaminano il cibo, danneggiano i raccolti e persino causare infezioni mortali. Uno dei colpevoli più noti è Aspergillus flavus, una muffa comune che produce aflatossina, un potente cancerogeno epatico. Questo studio mappa, su una scala senza precedenti, come diversi ambienti e storie evolutive modellano la geografia e la chimica di A. flavus in tutto il globo e cosa ciò implica per i rischi futuri in un mondo che si riscalda.

Seguire una muffa in tutto il mondo

I ricercatori hanno assemblato una collezione globale di oltre mille ceppi di A. flavus provenienti da suoli, colture e pazienti in quattro continenti, incluse più di 500 nuove sequenze provenienti da molte zone climatiche in Cina. Utilizzando il sequenziamento del genoma, il profilo chimico e misurazioni dell’attività genica, hanno costruito un albero genealogico dettagliato del fungo. Questo albero ha rivelato otto principali sottogruppi genetici, o cladi, alcuni dei quali strettamente legati a regioni e climi particolari. I ceppi isolati da infezioni cliniche tendevano a raggrupparsi, suggerendo che alcune linee sono particolarmente adatte a infettare gli esseri umani, mentre altre sono più radicate in nicchie ambientali, come suoli o piante ospiti specifiche.

Zone calde, zone fredde e rischi di tossine in cambiamento

Sovrapponendo questa mappa genetica con dati sul clima e la localizzazione, il team ha trovato chiari schemi geografici nella produzione di tossine. I ceppi provenienti da regioni più calde e a bassa latitudine — in particolare nel sud e nel centro della Cina — avevano una probabilità molto maggiore di produrre alti livelli di aflatossina. Le regioni più fresche e ad alta latitudine tendevano a ospitare ceppi che producevano poca o nessuna aflatossina ma spesso sintetizzavano altre micotossine, come l’acido ciclopiazonico. Questo significa che ceppi “più sicuri” dal punto di vista dell’aflatossina possono comunque essere pericolosi chimicamente in altri modi. Lo studio ha inoltre mostrato che alcuni ceppi ambientali appartenenti agli stessi cladi degli isolati clinici portano copie aggiuntive di geni di virulenza noti, suggerendo che il confine tra fungo di campo innocuo e patogeno umano può essere sottile.

All’interno del kit di strumenti del fungo

Per comprendere cosa guida queste differenze, gli scienziati hanno esaminato il repertorio genetico del fungo per la produzione di composti specializzati. Hanno costruito un “pangenoma” di oltre 15.000 geni, separando un nucleo stabile condiviso da quasi tutti i ceppi da un ampio e flessibile set di geni accessori che variano tra le popolazioni. Molti di questi geni variabili appartengono a cluster biosintetici — tratti di DNA che codificano gli enzimi necessari per costruire molecole specifiche. Sorprendentemente, le differenze in questi cluster spiegavano solo in parte perché alcune popolazioni producevano più aflatossina o altre tossine rispetto ad altre. Molti ceppi con un apparente cluster per l’aflatossina intatto producevano poca tossina, mentre alcune linee a bassa produzione di aflatossina investivano molto in altre famiglie chimiche meno caratterizzate.

Regolatori, metabolismo e l’impronta del clima

La spiegazione più profonda risiedeva in come i geni sono controllati e in come il fungo instrada energia e mattoni attraverso il suo metabolismo. Le popolazioni che vivono in climi diversi mostravano schemi distinti nei geni regolatori che percepiscono luce, temperatura, nutrienti e pH, così come nei geni coinvolti in vie energetiche di base come la degradazione degli zuccheri e la sintesi degli acidi grassi. Usando collegamenti statistici tra varianti genetiche, misurazioni locali di clima e suolo e profili di metaboliti, gli autori hanno mostrato che fattori ambientali come temperatura, umidità, piovosità, pH del suolo e densità apparente favoriscono costantemente certe combinazioni di geni regolatori e metabolici. L’eliminazione di specifici geni regolatori in laboratorio ha causato grandi cambiamenti nella produzione di tossine, spesso facendo somigliare il profilo chimico di un ceppo ad alta aflatossina a quello di popolazioni naturalmente a bassa aflatossina. Ciò indica che la selezione guidata dal clima sui regolatori e sul metabolismo di base può riorganizzare l’output chimico del fungo senza grandi cambiamenti nei cluster responsabili della sintesi di tossine.

Cosa significa per la sicurezza alimentare e il futuro

Nel complesso, i risultati mostrano che A. flavus non si limita a passare tra forme “tossiche” e “non tossiche”. Piuttosto, possiede un ampio kit chimico che viene sintonizzato dagli ambienti locali attraverso cambiamenti nei geni accessori, nei circuiti regolatori e nel metabolismo primario. Con lo spostamento delle zone climatiche dovuto al riscaldamento globale, lo studio suggerisce che i cladi altamente tossigenici favoriti dal calore e dall’umidità potrebbero espandersi in nuove regioni, e che i ceppi non-aflatossigenici usati come agenti di controllo biologico potrebbero essi stessi produrre altre tossine meno monitorate. Per il lettore non specialista, il messaggio chiave è che la sicurezza del nostro cibo e il rischio di malattie fungine sono intimamente connessi al clima e alle condizioni del suolo — e che prevedere e gestire questi rischi dipenderà sempre più dalla comprensione della chimica nascosta dei funghi nei loro habitat naturali.

Citazione: Xie, H., Hu, J., Zhao, X. et al. Large-scale multi-omics profiling reveals environmental and evolutionary drivers of fungal phylogeographic and metabolic diversity. Nat Commun 17, 4121 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-70721-8

Parole chiave: aflatossina, Aspergillus flavus, micotossine, cambiamento climatico, genomica fungina