Интересно Астероид, убивший динозавров, создал грибы Psilocybe?

[daddydwarf]

Статья Университета Юты (NHMU)

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.

Авторы обнаружили, что Psilocybe появились 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 видов грибов от 40 до 9 миллионов лет назад.

Анализ выявил два различных порядка генов в кластере генов, производящих псилоцибин. Два паттерна генов соответствуют древнему разделению рода, что позволяет предположить два независимых появления псилоцибина в его эволюционной истории. Исследование является первым выявившим такую сильную эволюционную закономерность в последовательностях генов, лежащих в основе синтеза психоактивного белка.

Брин Дентингер с коллекцией Psilocybe caerulescens была найдена во время полевых работ в Халиско, Мексика.
«Если псилоцибин действительно окажется таким чудодейственным лекарством, возникнет необходимость в разработке методов лечения, повышающих его эффективность. А что, если оно уже существует в природе?» - думает 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 взята из образцов в музейных коллекциях по всему миру. 23 из 52 образцов были «типовыми образцами», золотым стандартом, обозначающим вид, по которому сравниваются все остальные образцы. Молекулярная работа авторов над типовыми видами является важным вкладом в микологию, поскольку она закладывает авторитетную основу для всех будущих работ по разнообразию псилоцибов в таксономии.

Александр Брэдшоу держит образец Psilocybe zapotecorum, собранный во время сбора грибов недалеко от Тальпа-де-Альенде, Халиско, Мексика.
«Эти типовые образцы представляют собой сотни лет коллективных усилий тысяч ученых по документированию разнообразия, задолго до того, как люди задумались о ДНК, — рассказал 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 псилоцибе, чтобы люди могли их сравнивать».

Путешествие во времени ​

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 псилоцибе, проведенная в этом исследовании , выявила вторую отчетливую закономерность.

Упрощенное эволюционное древо рода Psilocybe. Clade I и Clade II представляют собой виды Psilocybe с одинаковым паттерном порядка генов в кластерах генов, продуцирующих псилоцибин.
«Эта работа представляет собой большой шаг в понимании эволюционных взаимоотношений у Psilocybe, поскольку она первая включает широкую выборку видов и основана на типовых образцах», — прокомментировала Вирджиния Рамирес-Круз, миколог из Университета Гвадалахары и ее коллег. -ведущий автор исследования.

Авторы обнаружили, что 17 экземпляров имели первоначальный порядок, а 35 имели новую схему.

«Здесь мы увидели, что с течением времени в порядке генов произошли большие изменения, и это дает некоторые новые инструменты для биотехнологий. Если вы ищете способ экспрессировать гены для производства псилоцибина и родственных соединений, вам больше не придется полагаться только на один набор последовательностей генов. Теперь существует огромное разнообразие, благодаря которому учёные могут обратить внимание на множество различных свойств и эффективности», — рассказал Дентингер, который также является доцентом кафедры биологии в Университете Юты.
Обработка данных показала, что древнее разделение двух кластеров генов произошло около 57 миллионов лет назад, что также соответствовало изменению в экологии. Первые грибы, производящие псилоцибин, вероятно, возникли как группа, разлагающая древесину, а затем после отделения перешли на почву, а в дальнейшем некоторые виды, такие как Psilocybe Cubensis, перешли к произростанию на навозе травоядных животных. Экологический переход к навозу, по-видимому, происходил по крайней мере дважды в их эволюционной истории.

Зачем грибам псилоцибин и гипотеза брюхоногих моллюсков​

Авторы надеялись, что история эволюции псилоцибов прояснит самый основной вопрос: зачем грибам вообще нужен псилоцибин? Кластеры генов, производящие псилоцибин, вероятно, имеют некоторую пользу для грибов, но никто не знает, в чем именно она заключается.

Молекулярная структура псилоцибина имитирует серотонин и прочно связывается с рецепторами серотонина, особенно с 5-НТ 2А , 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 поедателей. 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 наблюдения авторов подтверждают, что псилоцибинсодержащие грибы регулярно являются носителями здоровых, процветающих личинок насекомых.

Голотип Psilocybe subtropicalis.
Авторы готовят эксперименты для проверки альтернативной теории, которую они называют гипотезой брюхоногих моллюсков. Время отделения псилоцибов совпадают с границей КПг, геологическим маркером падения 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 поедателями грибов. Учитывая молекулярную датировку псилоцибов, полученную в ходе исследования , примерно 65 миллионов лет назад, вполне возможно, что псилоцибин эволюционировал как средство отпугивания слизней. Исследователи надеются, что их эксперименты 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 атлантов, которые потратили тысячи человеко-часов на создание этих коллекций, теперь я могу написать электронное письмо и запросить доступ к редким образцам, многие из которых были собраны только один раз и, возможно, никогда не будут собраны снова», — поделился Брэдшоу.

Карта мира с пометками количества включенных в исследование экземпляров из разных стран.
Учреждения по всему миру отправили микологу образцы грибов Psilocybe из своих коллекций. Некоторые из них были собраны и каталогизированы более 150 лет назад. На этом рисунке перечислены образцы, включенные в исследование, а также новые образцы, которые будут использоваться для будущих исследований, поскольку авторы продолжают проводить геномный анализ большего количества видов Psilocybe.