November 18, 2019

Свежие новости из удивительного мира грибов - 1

Команда Дирка Хоффмейстера (Dirk Hoffmeister) продолжает радовать своими работами. Если вы вдруг помните, это они первыми описали всю последовательность реакций в биосинтезе псилоцибина в грибах рода Psilocybe и охарактеризовали участвующие в этих реакциях ферменты [1]. Кроме этого им удалось перенести весь биосинтетический кластер в A. nidulans и получить штамм, который растет на простой питательной среде в обычной колбе и производит псилоцибин с выходом 100 мг/л за 4 дня [2]*.

Совсем недавно эти ученые опубликовали две очень интересные статьи про биологию волшебных грибов. В одной статье они описали открытие бета-карболиновых алкалоидов в этих грибах, а в другой - природу появления синего окрашивания при повреждении плодовых тел этих самых грибов.

Вообще грибы очень богаты на разные вторичные метаболиты, но в случае грибов из рода Psilocybe все исследования долгое время были сосредоточены только на психоактивных триптаминах (псилоцибине, псилоцине, беоцистине и норбеоцистине; последние два, судя по последним данным, просто полупродукты в биосинтезе псилоцибина). В ноябре этого года вышла статья, в которой ученые описывают, как они пытались найти другие вторичные метаболиты в волшебных грибах [3]. Они приготовили экстракт плодовых тел P. mexicana и пытались идентифицировать его компоненты при помощи LC-MS. Помимо ожидаемых псилоцина и псилоцибина они обнаружили сигналы MS, похожие на сигналы алкалоидов гармана и гармина. Поскольку известно, что эти алкалоиды ярко флуоресцируют в ультрафиолетовом свете, то попробовали провести тот же анализ, используя в качестве детектора флуориметр - сигналы обнаруженных продуктов совпали с сигналами контрольных препаратов гармана и гармина.

Чтобы подтвердить, что эти алкалоиды образовались в процессе жизнедеятельности грибов, а не залетели откуда-нибудь еще, авторы работы накормили грибной мицелий меченым прекурсором бета-карболинов - тяжелоуглеродным триптофаном (где все 11 атомов замещены на углерод-13), и показали, что фрагмент меченого триптофана оказывается в обнаруженных бета-карболинах.

Если биосинтез гармана представляется относительно простым, то для биосинтеза гармина, по-видимому, требуется отдельная гидроксилаза и метилтрансфераза, которые еще предстоит открыть.

Гарман и гармин нашли еще в нескольких грибах рода Psilocybe. Кроме них обнаружили более экзотический алкалоид - перлолирин (ранее выделенный из растения Сodonopsis pilosula), а из P. mexicana выделили кординизин (ранее его открыли в китайском кордицепсе - том самом стремном грибе, который паразитирует на личинках насекомых).

В P. cubensis из всех этих бета-карболиновых алкалоидов наивысшая концентрация обнаружена у гармана, причем больше всего его в растущем мицелии (в 100 раз больше, чем в плодовых телах).

Бета-карболиновые алкалоиды известны как мощные ингибиторы МАО-А, способные существенно усиливать действие психоактивных триптаминов [4]. К сожалению (ну или к счастью, как посмотреть), концентрации всех этих веществ очень малы - содержание гармана в сухом мицелии порядка 20 мкг/г, в то время как активные дозы начинаются скорее с десятков миллиграмм, так что при объебошивании грибами эти бета-карболины вряд ли оказывают какое-то значимое влияние на организм. Впрочем, авторы все равно спекулируют на эту тему.

Картинка из статьи Blei et al. [4]

*По каким-то причинам (я думаю, что из-за очень скромного названия) научные журналисты не обратили никакого внимания на эту статью, а зря. Недавно вышла статья про разработку штамма E. coli, который производит псилоцибин с высоким (>1 г/л) выходом [5]. Эта работа вызвала большое возбуждение в среде торчков, биохакеров и объебосов [6], которые стали выдавать изречения вроде "Грядет психоделический ренессанс!", "Даешь копеечный псилоцибин в массы!", "Скоро псилоцибин можно будет производить в любом гараже!". Как я понял, эти люди дальше абстракта эту статью не прочитали. Хочу обратить внимание на то, что 1) этот штамм производит псилоцибин не из "говна и палок", а из готового 4-гидроксииндола, который сам по себе недешев, 2) поскольку высокие концентрации 4-гидроксииндола оказались токсичны для клеток, его концентрацию в среде нужно постоянно контролировать, для чего авторам статьи пришлось собрать биореактор, где концентрация исходника мониторилась при помощи HPLC. Так что до гаражных технологий тут пока далеко. А вот штамм A. nidulans как раз выглядит очень перспективным.

  1. Fricke, J., Blei, F., & Hoffmeister, D. (2017). Enzymatic Synthesis of Psilocybin. Angewandte Chemie - International Edition, 56(40), 12352–12355. https://doi.org/10.1002/anie.201705489
  2. Hoefgen, S., Lin, J., Fricke, J., Stroe, M. C., Mattern, D. J., Kufs, J. E., … Valiante, V. (2018). Facile assembly and fluorescence-based screening method for heterologous expression of biosynthetic pathways in fungi. Metabolic Engineering, 48(March), 44–51. https://doi.org/10.1016/j.ymben.2018.05.014
  3. Blei, F., Dörner, S., Fricke, J., Baldeweg, F., Trottmann, F., Komor, A., … Hoffmeister, D. (2019). Simultaneous Production of Psilocybin and a Cocktail of β‐Carboline Monoamine Oxidase Inhibitors in “Magic” Mushrooms. Chemistry – A European Journal, 81(11), chem.201904363. https://doi.org/10.1002/chem.201904363
  4. Cameron, L. P., & Olson, D. E. (2018). Dark Classics in Chemical Neuroscience: N, N-Dimethyltryptamine (DMT). ACS Chemical Neuroscience, 9(10), 2344–2357. https://doi.org/10.1021/acschemneuro.8b00101
  5. Adams, A. M., Kaplan, N. A., Wei, Z., Brinton, J. D., Monnier, C. S., Enacopol, A. L., … Jones, J. A. (2019). In vivo production of psilocybin in E. coli. Metabolic Engineering, 56(July), 111–119. https://doi.org/10.1016/j.ymben.2019.09.009
  6. https://knife.media/psilocybin-coli/