Псилоцибин, хорошо известный компонент так называемых «волшебных грибов», оказался результатом удивительной эволюционной конвергенции. Как выяснили ученые, две совершенно разные группы грибов развили способность производить это вещество независимо друг от друга, используя при этом уникальные ферментные механизмы. Открытие имеет глубокие последствия не только для понимания биологии грибов, но и для биотехнологического производства псилоцибина, перспективного соединения в лечении депрессии.
Действительно, псилоцибин имеет долгую историю взаимодействия с человеком, – объясняет профессор Дирк Хоффмайстер, руководитель исследовательской группы фармацевтической микробиологии в Йенском университете имени Фридриха Шиллера и Лейбниц-Институте исследований природных продуктов и инфекционной биологии (Leibniz-HKI). – Наше тело преобразует его в псилоцин – соединение, способное значительно изменять сознание. Однако, помимо психоделического опыта, псилоцибин рассматривается как многообещающее активное вещество для терапии резистентной депрессии.
Исследование, проведенное в рамках Кластера передового опыта «Баланс Микромира», впервые демонстрирует, что грибы независимо друг от друга развили способность производить псилоцибин как минимум дважды. В то время как виды Psilocybe используют хорошо известный набор ферментов для этой цели, грибы-волоконницы (fiber cap mushrooms) применяют совершенно иной биохимический арсенал, но приходят к той же самой молекуле. Это яркий пример конвергентной эволюции: разные виды независимо развили сходный признак, но «волшебные грибы» пошли своим уникальным путем.
Тим Шефер, ведущий автор исследования и докторант в команде Хоффмайстера, сравнивает этот процесс с двумя разными мастерскими, которые в конечном итоге производят один и тот же продукт. – В волоконницах мы обнаружили уникальный набор ферментов, не имеющий ничего общего с теми, что найдены в грибах Psilocybe. Тем не менее, все они катализируют шаги, необходимые для образования псилоцибина, – уточняет Шефер. Модели белков, созданные инсбрукским химиком Бернхардом Руппом, подтвердили, что последовательность реакций значительно отличается от известных в Psilocybe. – Природа действительно изобрела одно и то же активное соединение дважды, – заключает Шефер.
Однако остается неясным, почему две такие разные группы грибов производят одно и то же активное соединение. – Реальный ответ: мы не знаем, – подчеркивает Хоффмайстер. – Природа ничего не делает без причины. Должно быть преимущество в том, что псилоцибин производят как волоконницы в лесу, так и виды Psilocybe на навозе или древесной мульче – мы просто пока не знаем, каково это преимущество. Одна из возможных причин заключается в том, что псилоцибин предназначен для отпугивания хищников. Даже малейшие повреждения вызывают у грибов Psilocybe посинение за счет цепной химической реакции, обнажая продукты распада псилоцибина. Возможно, эта молекула является своего рода химическим защитным механизмом.
Независимо от неразгаданных причин такой эволюции, открытие имеет важные практические последствия. – Теперь, когда мы знаем о дополнительных ферментах, у нас появилось больше инструментов для биотехнологического производства псилоцибина, – объясняет Хоффмайстер. Шефер с оптимизмом смотрит в будущее: – Мы надеемся, что наши результаты поспособствуют будущему производству псилоцибина для фармацевтики в биореакторах, без необходимости сложного химического синтеза. В Leibniz-HKI в Йене команда Хоффмайстера тесно сотрудничает с Bio Pilot Plant, которая разрабатывает процессы для производства природных продуктов, таких как псилоцибин, в промышленных масштабах.
Одновременно это исследование предоставляет захватывающие данные о разнообразии химических стратегий, используемых грибами, и их взаимодействии с окружающей средой. Таким образом, оно отвечает на центральные вопросы Объединенного исследовательского центра ChemBioSys и Кластера передового опыта «Баланс Микромира» Йенского университета имени Фридриха Шиллера, в рамках которых была выполнена и профинансирована эта работа, в том числе Немецким исследовательским фондом (DFG). В то время как ChemBioSys исследует, как природные соединения формируют биологические сообщества, Кластер передового опыта фокусируется на сложной динамике микроорганизмов и их среды.
