|
Эволюция психоактивного псилоцибина в волшебных грибах
|
|
|
|
Грибы Psilocybe, известные в просторечии как «волшебные грибы», на протяжении веков имели глубокое значение в культурах коренных народов Мезоамерики. Они привлекли внимание всего мира как основной психоделический продукт 60-х и 70-х годов. Теперь эти печально известные организмы находятся на переднем крае революции в области психического здоровья. Псилоцибин и псилоцин, психоактивные соединения, обнаруженные почти во всех видах Psilocybe, оказались многообещающими в качестве лечения таких состояний, как посттравматическое стрессовое расстройство, депрессия, а также для облегчения ухода в конце жизни. Чтобы использовать псилоцибин в качестве терапевтического средства, ученым нужна обширная дорожная карта лежащей в основе генетики и эволюции этого соединения, информация, которой не существует. Наши ограниченные знания основаны на исследованиях лишь части из примерно 165 известных видов псилоцибов. Большинство грибов, производящих псилоцибин, не изучались с момента их первого открытия — до сих пор.
|
|
|
|
Группа исследователей под руководством Университета Юты и Музея естественной истории штата Юта (NHMU) завершила крупнейшее исследование геномного разнообразия рода Psilocybe. Их геномный анализ 52 образцов Psilocybe включает 39 видов, секвенирование которых никогда не проводилось. Работа была опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences 9 января. Авторы обнаружили, что псилоцибе возникла гораздо раньше, чем считалось ранее, — около 65 миллионов лет назад, как раз тогда, когда астероид, убивший динозавров, вызвал массовое вымирание. Они установили, что псилоцибин был впервые синтезирован в грибах рода Psilocybe с возможным горизонтальным переносом гена от четырех до пяти другим грибам от 40 до 9 миллионов лет назад. Их анализ выявил два различных порядка генов в кластере генов, производящих псилоцибин. Два паттерна генов соответствуют древнему разделению рода, что позволяет предположить два независимых приобретения псилоцибина в его эволюционной истории. Исследование является первым, которое выявило такую сильную эволюционную закономерность в последовательностях генов, лежащих в основе синтеза психоактивных белков.
|
|
|
«Если псилоцибин действительно окажется таким чудодейственным лекарством, возникнет необходимость разработки методов лечения, повышающих его эффективность. Что, если он уже существует в природе?» сказал Брин Дентингер, куратор микологии в НГМУ и старший автор исследования. «Существует огромное разнообразие этих соединений. Чтобы понять, где они находятся и как они производятся, нам нужно провести такого рода молекулярную работу, чтобы использовать биоразнообразие в своих интересах». Вся ДНК псилоцибов, использованная в исследовании, была получена из образцов в музейных коллекциях по всему миру. Из 52 образцов 23 были «типовыми образцами», золотым стандартом, обозначающим вид, по которому сравниваются все остальные образцы. Например, предположим, что вы идентифицируете лесной гриб как определенный вид лисичек — вы держите пари, что собранный вами гриб — это тот же физический материал, который находится в коробке в музее. Молекулярная работа авторов над типовыми видами является важным вкладом в микологию, поскольку она закладывает авторитетную основу для всех будущих работ по разнообразию псилоциб в таксономии.
|
|
|
|
«Эти типовые образцы представляют собой сотни лет коллективных усилий тысяч ученых по документированию разнообразия, задолго до того, как люди начали думать о ДНК», — сказал Александр Брэдшоу, постдокторант Университета и ведущий автор исследования. «В этом вся прелесть — никто на самом деле не секвенировал образцы типов в таком масштабе, и теперь мы можем получить молекулярные и геномные данные в соответствии с золотым стандартом типов псилоциб, чтобы люди могли их сравнивать». Предыдущие исследования выявили кластер из четырех основных генов, которые производят псилоцибин, на основе геномного анализа трех видов псилоцибов. Эти виды были тесно связаны друг с другом, и все имели одинаковые образцы генов в кластерах генов, продуцирующих псилоцибин. Расширенная геномика 52 образцов Psilocybe, проведенная в этом исследовании, выявила вторую отчетливую закономерность.
|
|
|
|
«Эта работа представляет собой большой шаг в понимании эволюционных взаимоотношений у Psilocybe, поскольку она первая включает широкую выборку видов и основана на типовых образцах», — сказала Вирджиния Рамирес-Крус, миколог из Университета Гвадалахары и соавтор исследования. ведущий автор исследования. Авторы обнаружили, что 17 экземпляров имели первоначальный порядок, а 35 имели новый рисунок. «Здесь мы показали, что с течением времени в порядке генов произошли большие изменения, и это дает некоторые новые инструменты для биотехнологии. Если вы ищете способ экспрессировать гены для производства псилоцибина и родственных соединений, вам не нужно Больше не придется полагаться только на один набор последовательностей генов, чтобы сделать это. Теперь существует огромное разнообразие, на которое ученые могут обратить внимание на множество различных свойств или эффективности», — сказал Дентингер, который также является доцентом кафедры биологии в Университете Юты.
|
|
|
|
Датирование группы показало, что древнее разделение двух кластеров генов произошло около 57 миллионов лет назад, что также соответствовало сдвигу в экологии. Первые грибы, производящие псилоцибин, вероятно, возникли как группа, разлагающая древесину, а затем после разделения перешли в почву, а некоторые виды, такие как Psilocybe Cubensis, перешли к выращиванию на навозе травоядных животных. Экологический переход к навозу, по-видимому, произошел по крайней мере дважды независимо в их эволюционной истории. Авторы надеялись, что история эволюции псилоцибина прояснит самый основной вопрос: какое действие псилоцибин оказывает на грибы? Кластеры генов, производящие псилоцибин, вероятно, имеют некоторую пользу, но никто не знает, в чем именно. Молекулярная структура псилоцибина имитирует серотонин и прочно связывается с рецепторами серотонина, особенно с 5-НТ2А, известным рецептором, с которым связываются многие психоделические препараты. Когда химическое вещество связывается с этими рецепторами у млекопитающих и аналогичными рецепторами у насекомых и паукообразных, они вызывают неестественное и измененное поведение.
|
|
|
|
Некоторые предполагают, что это измененное психическое состояние может быть прямым сдерживающим фактором для хищников. Также возможно, что псилоцибин действует как слабительное или вызывает рвоту, способствующую распространению спор до того, как они полностью переварятся. Однако псилоцибиновые грибы в дикой природе встречаются нечасто, поэтому маловероятно, что животные смогут научиться их распознавать. Альтернативная теория состоит в том, что псилоцибин представляет собой химическую защиту от насекомых. Однако эмпирические исследования отсутствуют, а личные наблюдения авторов подтверждают, что псилоцибинсодержащие грибы регулярно являются хозяевами здоровых, процветающих личинок насекомых. Авторы готовят эксперименты для проверки альтернативной теории, которую они называют гипотезой брюхоногих моллюсков. Время и даты расхождения Псилоцибы совпадают с границей КПг, геологическим маркером астероида, который погрузил Землю в жестокую, продолжительную зиму и убил 80% всего живого. Двумя формами жизни, которые процветали во тьме и разложении, были грибы и наземные брюхоногие моллюски.
|
|
|
|
Данные, в том числе летопись окаменелостей, показывают, что брюхоногие моллюски начали массово диверсифицироваться и размножаться сразу после падения астероида, и известно, что наземные слизни являются сильными хищниками грибов. Учитывая молекулярную датировку псилоциба, полученную в ходе исследования, примерно 65 миллионов лет назад, вполне возможно, что псилоцибин эволюционировал как средство отпугивания слизней. Они надеются, что их эксперименты по кормлению прольют некоторый свет на их гипотезу. В 2020 году авторы поставили цель получить последовательность генома каждого экземпляра типа Psilocybe. На сегодняшний день они создали геномы 71 типового образца и продолжают сотрудничать с коллекциями по всему миру. «Невозможно переоценить важность коллекций для проведения подобных исследований. Мы стоим на плечах гигантов, которые потратили тысячи человеко-часов на создание этих коллекций, так что я могу написать электронное письмо и запросить доступ к редким экземплярам. , многие из которых были собраны только один раз и, возможно, никогда не будут собраны снова», — сказал Брэдшоу.
|
|
|
|
Источник
|
