Per lungo tempo i funghi sono stati considerati, in biotecnologia, principalmente organismi produttori. Forniscono farmaci come la penicillina, oltre a enzimi, sostanze chimiche e alcol. In questa prospettiva, i funghi sono semplici mezzi, e l’attenzione si concentra sui composti che ne derivano. Oggi, però, la ricerca sta aprendo un nuovo capitolo: non si tratta più solo di cosa produce un fungo, ma che cosa si possa ottenere dal fungo stesso, e in particolare dal suo micelio.

Il micelio è la sottile rete filamentosa che costituisce il corpo vegetativo del fungo. In natura si estende attraverso materiali organici come scarti vegetali e legno; è formato da cellule tubulari, le ife, e produce enzimi in grado di degradare e trasformare la materia organica. Proprio queste caratteristiche rendono il micelio una risorsa promettente per lo sviluppo di nuovi materiali. La sua struttura e le sue proprietà intrinseche possono essere sfruttate in modo mirato per creare prodotti innovativi. Tra questi, un ruolo centrale è occupato dai biomateriali a base di micelio.

Micelio fungino alla ricerca di nuovi nutrienti. Foto: MyPilz

Che cosa sono i materiali a base di micelio?

Nel dettaglio, il processo funziona così: il micelio viene coltivato su scarti agricoli come paglia o segatura, all’interno di contenitori che ne determinano la forma finale. Le ife si sviluppano all’interno del substrato e funzionano come un collante naturale, legando tra loro le particelle organiche fino a formare un materiale composito compatto. Il risultato è un materiale leggero, strutturalmente stabile e completamente biodegradabile.

Per ottenere il prodotto finale, è necessario interrompere la crescita del micelio tramite un processo di riscaldamento e asciugatura. A questo scopo si utilizzano spesso temperature inferiori ai 60°C, sufficienti a inattivare la crescita del micelio, ma non sempre a eliminarlo completamente. Questo può avere implicazioni rilevanti, soprattutto quando si impiegano specie fungine non autoctone e i prodotti vengono successivamente compostati, poiché i funghi potrebbero sopravvivere e diffondersi nell’ambiente.

Superficie di un prototipo di biomateriale di MyPilz con micelio di Trametes hirsuta della Stiria. Foto: MyPilz

Con questo approccio sono già stati realizzati diversi prodotti, tra cui pannelli fonoassorbenti e isolanti, prese per l’arrampicata e persino prodotti per uso funerario. Esistono inoltre progetti pilota in cui sono stati sviluppati interi elementi costruttivi e strutture edilizie utilizzando materiali a base di micelio. Le proprietà di questi materiali, come resistenza meccanica, densità e isolamento termico, sono state confrontate con quelle di materiali convenzionali come polistirene, schiume sintetiche, compensato o lana di vetro. I risultati mostrano che le prestazioni dipendono in modo significativo dalla specie fungina impiegata, dal tipo di substrato e dalle condizioni di processo adottate.

Quando ecologia e proprietà dei materiali si incontrano

Che la scelta della specie fungina sia rilevante è evidente. In che misura questa scelta influenzi le caratteristiche del sistema e quali meccanismi biologici ne siano alla base è oggetto di ricerca attuale. Le ife fungine possiedono una parete cellulare composta da elementi naturali come glucani e chitina, che conferiscono al fungo stabilità e flessibilità. Oltre a questi componenti strutturali, la parete contiene anche proteine, carboidrati, pigmenti e minerali. La composizione precisa varia in funzione della specie e incide direttamente sulle proprietà del materiale risultante.

Il fungo dell'esca (Fomes fomentarius). Foto: MyPilz

Un esempio particolarmente significativo è il fungo dell'esca (Fomes fomentarius). Il suo corpo fruttifero presenta uno strato esterno duro e resistente e, all’interno, un tessuto morbido e poroso. Entrambe le strutture sono costituite da micelio e ife, ma mostrano differenze marcate in termini di resistenza meccanica. Queste variazioni strutturali sono strettamente correlate alla composizione della parete cellulare.

Oltre alla composizione chimica della parete cellulare, anche il tipo di ifa e la loro organizzazione influenzano le proprietà del materiale. Si distinguono tre principali sistemi ifali: monomitico, dimitico e trimitico. I sistemi monomitici sono composti esclusivamente da ife generatrici, fortemente ramificate e con pareti cellulari sottili. Si riscontrano, ad esempio, nel fungo Pleurotus (Pleurotus ostreatus) o Schizophyllum (Schizophyllum commune). I sistemi dimitici presentano, oltre alle ife generatrici, anche ife scheletriche a parete spessa, che conferiscono maggiore resistenza, come nel caso di Trametes hirsuta (Trametes hirsuta). I sistemi trimitici includono inoltre ife connettive, che rendono il tessuto particolarmente denso e robusto. Ne sono esempi il già citato fungo dell'esca (Fomes fomentarius) così come Ganoderma (Ganoderma lucidum).

Il sistema ifale non è completamente fisso, ma può essere influenzato dal substrato e dalle condizioni di crescita. Ciononostante, gli studi dimostrano che il tipo di ifa esercita un’influenza significativa sulle proprietà dei materiali derivati da micelio. I materiali derivati da sistemi trimitici risultano generalmente più densi e robusti e mostrano una colonizzazione del substrato più estesa rispetto a quelli ottenuti da sistemi monomitici.

Esempi di funghi con i rispettivi sistemi miceliali. Fonte: Hernando, A. V., et al. 2024. Foto: Pixabay

Sebbene il ruolo della specie fungina sulle proprietà del materiale fosse già noto, finora mancava un confronto sistematico, poiché studi diversi impiegavano substrati e metodi di misurazione differenti. Un recente studio di Wildman et al. ha messo a confronto in modo sistematico 17 specie fungine coltivate sullo stesso substrato. Nel corso dell’analisi sono emerse differenze estetiche tra le specie, come colore, consistenza e formazione di una cuticola superficiale sul materiale.

Sono state inoltre rilevate differenze significative nella conduttività termica, una proprietà chiave per i materiali isolanti. Il valore più basso, pari a 0,0376 ± 0,0006 W/m·K, è stato misurato per il fungo castagna (Pholiota adiposa), mentre il valore più elevato, pari a 0,0451 ± 0,001 W/m·K, è stato registrato per lentino tigrino (Lentinus tigrinus). A titolo di confronto, la conduttività termica della lana di vetro e del polistirene si colloca generalmente tra 0,03 e 0,04 W/m·K. Nello studio, la conduttività termica dei materiali a base di micelio è risultata correlata alla loro densità. Un’ulteriore analisi mediante spettroscopia infrarossa ha consentito ai ricercatori di individuare differenze specifiche nella composizione chimica, potenzialmente legate a variazioni nell’attività enzimatica e nei processi di degradazione propri delle diverse specie. Lo studio conclude che la specie fungina esercita un’influenza significativa su proprietà fondamentali del materiale e sottolinea la necessità di ulteriori ricerche per comprendere i meccanismi alla base di tali differenze.

Il ruolo delle condizioni di crescita

Non è soltanto la specie fungina a essere determinante, poiché anche le condizioni ambientali svolgono un ruolo cruciale. I funghi reagiscono in modo sensibile a fattori quali substrato, disponibilità di ossigeno, concentrazione di CO₂, umidità e luce. Questi parametri influenzano il metabolismo, la velocità di crescita e la produzione di enzimi. Uno studio di Kijpornyongpan et al. ha dimostrato che la stessa specie fungina può produrre enzimi differenti in funzione del substrato utilizzato. La produzione enzimatica determina a sua volta il grado di degradazione del substrato e la densità di crescita del micelio. Di conseguenza, uno stesso fungo può generare materiali con proprietà diverse, ad esempio in termini di densità e idrorepellenza, a seconda delle condizioni di crescita.

Modifica mirata delle proprietà

Oltre alla scelta della specie fungina e all’ottimizzazione delle condizioni di crescita, esiste un ulteriore strumento per modificare le proprietà dei materiali fungini: l’ingegneria genetica. Nel caso dello Schizophyllum (Schizophyllum commune), ad esempio, i ricercatori hanno inattivato il gene sc3 , responsabile della produzione di un’idrofobina, una proteina che influenza l’idrorepellenza della superficie cellulare. I materiali ottenuti dal ceppo modificato hanno mostrato proprietà più simili a quelle dei polimeri sintetici, mentre quelli derivati dal ceppo non modificato risultavano più vicini ai materiali naturali.

Fungo coda di tacchino (Trametes versicolor). Foto: MyPilz

L’ingegneria genetica rappresenta uno strumento potente, ma comporta anche diverse sfide. Per molte specie fungine, infatti, mancano ancora dati genomici completi e protocolli consolidati di biologia molecolare. Inoltre, gli organismi geneticamente modificati sono soggetti a normative rigorose. Questo aspetto è particolarmente rilevante quando vengono introdotti geni di resistenza nei ceppi, poiché è necessario escludere qualsiasi trasferimento genico ad altri organismi. I materiali derivati da questi ceppi devono quindi essere completamente inattivati per impedirne la diffusione nell’ambiente. Tuttavia, questo processo comporta un maggiore dispendio energetico e può ridurre la sostenibilità complessiva di questi materiali.

Il potenziale della diversità naturale

Tutti questi approcci, dall’adattamento del substrato all’ingegneria genetica, si basano su specie già note. Spesso si sottovaluta quanto potenziale rimanga ancora inesplorato. Si stima infatti che finora sia stato descritto scientificamente solo circa il 4% delle specie fungine esistenti. Nella ricerca sui materiali a base di micelio, circa 70 specie sono state studiate in modo sistematico, con una forte concentrazione su Pleurotus ostreatus, Ganoderma lucidum e Trametes versicolor . Questo indica che gran parte del potenziale resta ancora inutilizzato. Si ritiene che milioni di specie non siano ancora state scoperte o sufficientemente caratterizzate. Ogni specie possiede una struttura specifica della parete cellulare, un proprio modello di crescita e un profilo enzimatico distintivo. Per questo motivo, oltre all’ottimizzazione di specie già conosciute, può risultare strategico esplorare nuove specie che presentino naturalmente le proprietà desiderate.

L’approccio di MyPilz

È qui che entra in gioco MyPilz. Lavoriamo per valorizzare la diversità naturale, isolando nuovi ceppi fungini direttamente dall’ambiente, in particolare quelli adattati a substrati locali. Questi ceppi vengono poi purificati, caratterizzati e testati sistematicamente per diverse applicazioni. Collaboriamo con aziende e startup interessate a sviluppare nuovi materiali, ottimizzare processi esistenti o realizzare prototipi. L’obiettivo è individuare, per ogni applicazione, il ceppo più adatto dal punto di vista biologico e sfruttarne il potenziale, senza necessariamente ricorrere a interventi di ingegneria genetica. In molti casi, la soluzione per nuovi prodotti potrebbe già trovarsi nel bosco dietro casa.