Nấm đã tiến hóa thành chất gây ảo giác hai lần, và các nhà khoa học vừa phát hiện ra điều này
Tác giả: Viện Leibniz - Viện Hans Knöll
Psilocybe cubensis mọc trên khắp thế giới ở các vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới, bao gồm Trung và Nam Mỹ, Đông Nam Á và Châu Đại Dương. Loại nấm này ưa đất ẩm, giàu phân bón và chứa hoạt chất psilocybin, hiện đang được nghiên cứu như một hợp chất hoạt động để điều trị chứng trầm cảm kháng trị. Nguồn: Felix Blei, Leibniz-HKI
Các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng nấm đã tiến hóa khả năng tạo ra psilocybin không chỉ một lần mà là hai lần, sử dụng các bộ công cụ sinh hóa hoàn toàn khác nhau.
Trường hợp tiến hóa hội tụ hiếm hoi này cho thấy tự nhiên tạo ra cùng một phân tử gây ảo giác theo hai con đường riêng biệt. Nguyên nhân thực sự khiến nấm tạo ra psilocybin vẫn chưa được giải đáp, nhưng các giả thuyết trải dài từ cơ chế tự vệ của động vật ăn thịt đến giao tiếp hóa học. Bên cạnh sự tò mò về mặt tiến hóa, khám phá này còn cung cấp các công cụ enzyme mới có thể giúp sản xuất psilocybin hiệu quả hơn cho các loại thuốc trong tương lai.
Phân tử Cổ đại với Vai trò Hiện đại
“Nghiên cứu này liên quan đến quá trình sinh tổng hợp một phân tử đã có lịch sử rất lâu đời với con người”, Giáo sư Dirk Hoffmeister, trưởng nhóm nghiên cứu Vi sinh Dược phẩm tại Đại học Friedrich Schiller Jena và Viện Nghiên cứu Sản phẩm Tự nhiên và Sinh học Nhiễm trùng Leibniz (Leibniz-HKI), giải thích.
“Chúng tôi đang đề cập đến psilocybin, một chất được tìm thấy trong cái gọi là ‘nấm ma thuật’, mà cơ thể chúng ta chuyển hóa thành psilocin – một hợp chất có thể thay đổi sâu sắc nhận thức. Tuy nhiên, psilocybin không chỉ kích hoạt các trải nghiệm ảo giác mà còn được coi là một hợp chất hoạt tính đầy hứa hẹn trong điều trị trầm cảm kháng trị liệu”, Giáo sư Hoffmeister cho biết.
Hai Con đường Tiến hóa đến Psilocybin
Nghiên cứu, được thực hiện trong khuôn khổ chương trình ‘Cân bằng của Vi vũ trụ’ của Cluster of Excellence, cho thấy nấm đã phát triển khả năng sản xuất psilocybin ít nhất hai lần riêng biệt trong lịch sử tiến hóa. Nấm Psilocybe dựa vào một bộ enzyme quen thuộc để tạo ra phân tử, trong khi nấm mũ sợi sử dụng một bộ công cụ sinh hóa hoàn toàn khác. Mặc dù có những phương pháp rất khác nhau, cả hai nhóm đều tạo ra cùng một hợp chất. Các nhà khoa học gọi đây là sự tiến hóa hội tụ, khi các loài không liên quan tiến hóa độc lập cùng một đặc điểm.
Hai con đường dẫn đến cùng một phân tử: Độc lập với nhau, các chi "nấm ma thuật" khác nhau đã phát triển hai con đường enzyme khác nhau tạo ra cùng một chất hướng thần, psilocybin - một ví dụ hiếm hoi về sự tiến hóa hội tụ trong quá trình sinh tổng hợp sản phẩm tự nhiên. Nguồn: Tim Schäfer, Leibniz-HKI
Những manh mối ẩn giấu trong bộ gen nấm
Tác giả chính Tim Schäfer, một nghiên cứu sinh tiến sĩ tại phòng thí nghiệm của Hoffmeister, giải thích: "Giống như chúng ta đang xem xét hai xưởng khác nhau, nhưng cuối cùng cả hai đều cho ra cùng một sản phẩm. Trong mũ sợi, chúng tôi tìm thấy một bộ enzyme độc đáo không liên quan gì đến những enzyme được tìm thấy trong nấm Psilocybe. Tuy nhiên, tất cả chúng đều xúc tác các bước cần thiết để tạo thành psilocybin."
Sau đó, nhóm nghiên cứu đã nghiên cứu các enzyme này trong phòng thí nghiệm. Sử dụng các mô hình protein do nhà hóa học Bernhard Rupp ở Innsbruck xây dựng, họ xác nhận rằng trình tự phản ứng trong mũ sợi khác biệt rất nhiều so với những gì đã biết ở nấm Psilocybe. "Ở đây, thiên nhiên thực sự đã tạo ra cùng một hợp chất hoạt tính hai lần", Schäfer lưu ý.
Những bí ẩn đằng sau mục đích của phân tử
Tuy nhiên, tại sao hai nhóm nấm khác nhau như vậy lại tạo ra cùng một hợp chất hoạt tính vẫn chưa rõ ràng. "Câu trả lời thực sự là: chúng tôi không biết", Hoffmeister nhấn mạnh. “Thiên nhiên không làm gì mà không có lý do. Vì vậy, chắc chắn phải có lợi thế cho cả nấm mũ sợi trong rừng và các loài Psilocybe trên phân chuồng hoặc mùn gỗ tạo ra phân tử này – chúng ta vẫn chưa biết nó là gì.”
“Một lý do khả dĩ là psilocybin được dùng để ngăn chặn động vật săn mồi. Ngay cả những tổn thương nhỏ nhất cũng khiến nấm Psilocybe chuyển sang màu xanh thông qua phản ứng dây chuyền hóa học, tiết lộ các sản phẩm phân hủy của psilocybin. Có lẽ phân tử này là một loại cơ chế phòng vệ hóa học,” Hoffmeister nói.
Cơ hội công nghệ sinh học từ hóa học nấm
Mặc dù vẫn chưa rõ tại sao các loại nấm khác nhau cuối cùng lại tạo ra cùng một phân tử, nhưng khám phá này vẫn có ý nghĩa thực tiễn: “Giờ đây, khi chúng ta đã biết về các enzyme bổ sung, chúng ta có thêm nhiều công cụ hơn trong bộ công cụ để sản xuất psilocybin bằng công nghệ sinh học,” Hoffmeister giải thích.
Schäfer cũng đang hướng tới tương lai: “Chúng tôi hy vọng rằng kết quả của chúng tôi sẽ góp phần vào việc sản xuất psilocybin trong tương lai cho dược phẩm trong các lò phản ứng sinh học mà không cần đến các phương pháp tổng hợp hóa học phức tạp.” Tại Leibniz-HKI ở Jena, nhóm của Hoffmeister đang hợp tác chặt chẽ với Nhà máy Thí điểm Sinh học, nơi đang phát triển các quy trình sản xuất các sản phẩm tự nhiên, chẳng hạn như psilocybin, ở quy mô công nghiệp.
Khai phá Những Chiến lược Tiềm ẩn của Tự nhiên
Đồng thời, nghiên cứu cung cấp những hiểu biết thú vị về sự đa dạng của các chiến lược hóa học được nấm sử dụng và sự tương tác của chúng với môi trường. Do đó, nghiên cứu bổ sung thêm
Giải quyết các câu hỏi cốt lõi của Trung tâm Nghiên cứu Hợp tác ChemBioSys và Cụm Xuất sắc ‘Cân bằng của Vi vũ trụ’ tại Đại học Friedrich Schiller Jena, trong khuôn khổ mà công trình được thực hiện và tài trợ bởi Quỹ Nghiên cứu Đức (DFG), cùng nhiều tổ chức khác. Trong khi CRC ChemBioSys nghiên cứu cách các hợp chất tự nhiên định hình các cộng đồng sinh học, Cụm Xuất sắc tập trung vào động lực phức tạp của vi sinh vật và môi trường của chúng.
Tài liệu tham khảo: “Các Phản ứng và Enzyme Khác nhau cho Quá trình Sinh tổng hợp Psilocybin ở Nấm Inocybe và Nấm Psilocybe” của Tim Schäfer, Fabian Haun, Bernhard Rupp và Dirk Hoffmeister, ngày 21 tháng 9 năm 2025, Ấn bản Quốc tế Angewandte Chemie.
DOI: 10.1002/anie.202512017
