两个不同的蘑菇群体独立地发明了合成赛洛西宾的方法，各自拥有独特的酶系统却产生相同的结果。这一发现可能彻底改变基于致幻剂的抗抑郁药物的生物技术生产，同时留下自然界动机未解之谜。图片来源：Shutterstock
"这涉及一种与人类有悠久历史的分子的生物合成，"耶拿弗里德里希·席勒大学和李比希天然产物研究与感染生物学研究所（Leibniz-HKI）药物微生物学研究组组长Dirk Hoffmeister教授解释道。"我们指的是赛洛西宾，一种存在于所谓'神奇蘑菇'中的物质，我们的身体将其转化为赛洛辛——一种能深刻改变意识的化合物。然而，赛洛西宾不仅会引发致幻体验，还被认为是在治疗难治性抑郁症方面有前景的活性化合物。"
两条路径，一种分子
这项在"微宇宙平衡"卓越集群内进行的研究首次表明，真菌已经至少两次独立地发展出生产赛洛西宾的能力。虽然裸盖菇属（Psilocybe）物种为此使用已知的酶工具包，但纤维帽蘑菇却采用完全不同的生化武器库——却达到了相同的分子。这一发现被认为是趋同进化的典型案例：不同物种独立发展出相似的特征，但"神奇蘑菇"却以各自独特的方式实现。
在真菌基因组中寻找线索
该研究的主要作者、Hoffmeister团队的博士研究员Tim Schäfer解释道："这就像观察两个不同的生产车间，但最终都交付了相同的产品。在纤维帽蘑菇中，我们发现了一套独特的酶，与裸盖菇属蘑菇中发现的酶毫无关联。然而，它们都催化形成赛洛西宾所需的全部反应步骤。"
研究人员在实验室对这些酶进行了详细分析。因斯布鲁克化学家Bernhard Rupp创建的蛋白质模型证实，反应序列与裸盖菇属中已知的序列存在显著差异。"在这里，大自然实际上两次独立发明了相同的活性化合物，"Schäfer强调。
然而，为何如此不同的两组真菌会产生相同的活性化合物仍不明确。"真正的答案是：我们不知道，"Hoffmeister强调。"大自然不会无缘无故地行事。因此，无论是森林中的纤维帽蘑菇还是在粪便或木屑基质上的裸盖菇属物种生产这种分子，必然存在某种生存优势——只是我们尚未发现具体原因。"
"一个可能的原因是赛洛西宾旨在阻止捕食者。即使是微小的损伤也会导致裸盖菇属蘑菇通过化学链式反应变成蓝色，揭示赛洛西宾的分解产物。也许这种分子是一种化学防御机制，"Hoffmeister补充道。
生物技术的更多工具
尽管不同真菌产生相同分子的原因仍不清楚，但这一发现具有重要的实际应用价值："现在我们掌握了额外的酶信息，在生物技术生产赛洛西宾的工具箱中拥有了更多选择，"Hoffmeister解释道。
Schäfer展望未来："我们希望研究成果将有助于未来在生物反应器中直接生产用于制药的赛洛西宾，无需复杂的化学合成过程。"在耶拿的Leibniz-HKI，Hoffmeister团队正与生物中试工厂紧密合作，该工厂正在开发类似工业规模生产赛洛西宾等天然产品的工艺流程。
同时，这项研究为真菌使用的化学策略多样性及其与环境的相互作用提供了突破性见解。因此，它直接回应了耶拿弗里德里希·席勒大学合作研究中心ChemBioSys和"微宇宙平衡"卓越集群的核心科学问题。该研究在德国研究基金会（DFG）等机构资助下进行，合作研究中心ChemBioSys致力于探究天然化合物如何塑造生物群落，而卓越集群则专注于微生物及其环境的复杂动态系统。
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