פטריות התפתחו כפסיכדלים פעמיים: התעלומה המדעית שמאחורי פטריית הקסם
- גור זיו
- לפני 3 דקות
- זמן קריאה 4 דקות
חשבנו שפיצחנו את הסוד של הפסילוציבין. ואז, מדענים מצאו "הפתעה" חדשה - פטרייה אחרת לגמרי, שמייצרת את אותה מולקולה אבל ללא טביעות האצבע הגנטיות המוכרות. איך זה ייתכן? הצטרפו לחקירה ביוכימית שמשנה את כל מה שידענו על אבולוציה, וגלו מדוע לטבע יש שני מתכונים סודיים ושונים לחלוטין לאותו קסם בדיוק.
במשך שנים, בעולם המיקולוגיה והביוכימיה, תעלומת הפסילוציבין נחשבה למקרה סגור. המולקולה המפורסמת, זו שזיכתה את "פטריות הקסם" בשמן, הייתה מזוהה באופן כמעט בלעדי עם משפחה אחת ויחידה: סוג הפטריות פסילוסיבה (Psilocybe). במשך עשורים, מדענים ידעו שהיא שם, אבל המתכון המדויק - סדרת השלבים הכימיים שהטבע רקח כדי ליצור אותה - נותר חמקמק. ואז, בשנת 2017, התמונה המלאה התבהרה. חוקרים הצליחו סוף סוף לפענח את "טביעת האצבע" הגנטית שלה, מקבץ גנים ייחודי שקיבל את השם "psi", ואת ארבעת האנזימים שהוא מקודד. הם שרטטו את קו הייצור המלא: החל מחומר הגלם, חומצת האמינו טריפטופן, דרך ארבעה שלבים מדויקים של דה-קרבוקסילציה (Decarboxylation), הידרוקסילציה, זרחון ומתילציה. זה היה ניצחון מדעי. היה להם את המתכון, את כלי העבודה ואת סדר הפעולות. מבחינת הקהילה המדעית, התעלומה נפתרה. הסיפור נגמר. אבל הטבע, כמו בספרי המיסתורין הטובים ביותר, אוהב להשאיר קצה חוט פרום.
הקצה הזה הופיע במקום הכי לא צפוי. הרחק ממשפחת הפסילוסיבה המוכרת, נמצאה המולקולה גם אצל חשוד יוצא דופן: פטריות מסוג אינוסיבה (Inocybe). זו הייתה תגלית מוזרה. רוב הפטריות במשפחה הזו ידועות כרעילות, אך במין ספציפי בשם Inocybe corydalina, הפסילוציבין היה שם, ללא ספק. זה היה כמו למצוא פתק עם כתב יד זהה לזה של חשוד ידוע, אבל בזירת פשע שונה לחלוטין, ביבשת אחרת. השאלה הראשונה שעלתה הייתה פשוטה: האם הפטרייה הזו פשוט "גנבה" את המתכון? בעולם הפטריות, העברת גנים בין מינים שונים היא עניין שבשגרה. אולי מקבץ גני ה-psi פשוט "קפץ" למשפחת האינוסיבה והתחיל לעבוד שם? אבל כשחוקרים ריצפו את הגנום של Inocybe corydalina, הם הופתעו. טביעת האצבע המוכרת, גני ה-psi, לא הייתה שם. זה היה הרגע שבו תיק פתור הפך שוב לתעלומה פתוחה ומסקרנת. אם לא מדובר באותו מבצע, איך ייתכן שהתוצאה הסופית זהה?
כאן נכנס לתמונה צוות של חוקרים ביוכימיים מגרמניה, בראשותו של פרופ' ד"ר דירק הופמייסטר (Prof. Dr. Dirk Hoffmeister), יחד עם החוקרים הראשיים טים שפר (Tim Schäfer) ופביאן האון (Fabian Haun). הם הבינו שהם צריכים לחפש חשודים חדשים. בסריקה קפדנית של הגנום, הם איתרו מקבץ גנים אחר, לא קשור, שקיבל את השם "ips". על הנייר, הגנים האלה נראו מבטיחים. הם קידדו אנזימים שנראו כמו הצוות הדרוש למשימה: מומחה לחיתוך דה-קרבוקסילציה (דה-קרבוקסילאז), מומחה להידרוקסילציה (מונואוקסיגנאז), מומחה זרחון (קינאז) ושני מומחים מתילציה (מתיל-טרנספראזות). אבל האם הם באמת הצוות הנכון? הדרך היחידה לדעת הייתה להכניס אותם למעבדה ולבחון אותם אחד-אחד.
החקירה החלה עם האנזים הראשון ברשימה, IpsD, שאמור היה "לחתוך" את הטריפטופן. החוקרים הגישו לו את חומר הגלם המוכר, טריפטופן טהור, וחיכו. שום דבר לא קרה. האנזים ישב שם, אדיש לחלוטין. זה היה רגע מבלבל. האם החשוד הראשי שלהם חף מפשע? אבל אז, עלה בדעתם רעיון. אולי הם מגישים לו את חומר הגלם הלא נכון? בביוכימיה, כמו בחקירה משטרתית, לפעמים סדר האירועים הוא הכל. הם ניסו להגיש לו טריפטופן שכבר "קושט" מראש, כזה שנוספה לו קבוצת הידרוקסיל. ברגע אחד, האנזים התעורר לחיים והחל לעבוד בקצב מסחרר. זו הייתה פריצת הדרך הראשונה: במפעל של האינוסיבה, סדר הפעולות הפוך. הקישוט מגיע לפני החיתוך.
כעת, היה עליהם לחקור את שאר חברי הצוות. הם פנו ל-IpsK, האנזים שאמור להוסיף את קבוצת הזרחן. במתכון המקורי של הפסילוסיבה, שלב זה מתרחש לפני ההרכבה הסופית. הם הגישו ל-IpsK את המולקולה המתאימה לשלב זה, והוא בקושי הגיב. שוב, תסכול. אבל כשהגישו לו מולקולה שכבר עברה את שלב ההרכבה הסופית (מתילציה), הוא עבד ביעילות מדהימה. הרמזים הצטברו: לא רק שהשלב הראשון והשני הפוכים, אלא גם השלבים המאוחרים יותר מבולגנים לגמרי. זה לא היה אותו מתכון עם שינוי קטן; זה היה ספר בישול אחר לגמרי.
הראיה המכרעת הגיעה כשבחנו את שני המומחים להרכבה סופית, IpsM1 ו-IpsM2. הם גילו שלא רק שהם מבצעים את עבודתם לפני הוספת הזרחה, אלא שהם גם עובדים בצורה קצת מרושלת. קו הייצור שלהם לא היה ישר, הוא היה מסועף. לצד הפסילוציבין, הם ייצרו בכמויות גדולות גם מולקולה אחות, כמעט זהה, בשם באוציסטין (Baeocystin). זו הייתה "טביעת אצבע" ייחודית, חתימה שהצוות המקורי של הפסילוסיבה מעולם לא השאיר בזירה. זה היה הרגע שבו התמונה כולה התבהרה.
הצוות של הופמייסטר ישב עם כל הראיות, והמסקנה הייתה בלתי נמנעת ומדהימה כאחד. לא היה כאן שוד של מתכון. מה שהם גילו היה תופעה נדירה ויפהפייה המכונה אבולוציה מתכנסת. דמיינו שני ממציאים, שעובדים במקומות שונים בעולם, ללא כל קשר ביניהם, ושניהם מקבלים את אותה משימה: לבנות מכונה שמפיקה אור. הראשון ממציא את נורת הלהט עם חוט פחמן. השני ממציא נורה עם חוט טונגסטן. התוצאה הסופית - אור - זהה, אבל הדרך, החומרים וההנדסה שונים לחלוטין. זה בדיוק מה שקרה כאן. שתי שושלות אבולוציוניות נפרדות של פטריות, הפסילוסיבה והאינוסיבה, נתקלו בבעיה או בצורך אקולוגי כלשהו, ולחץ הברירה הטבעית דחף כל אחת מהן, באופן עצמאי לחלוטין, להמציא פתרון: מולקולת הפסילוציבין. כל אחת מהן השתמשה בסט כלים גנטי (אנזימים) שונה לגמרי שהיה זמין לה, וארגנה אותם בסדר פעולות שונה, כדי להגיע לאותה תוצאה מופלאה.
החקירה, אם כן, לא חשפה אשם אחד, אלא שניים. שני קווי ייצור, שתי מתודולוגיות, שהתפתחו במקביל כדי ליצור את אחת המולקולות המרתקות ביותר בעולם הטבע. כמובן, פתרון התעלומה הזו פתח מיד שאלה חדשה ועמוקה יותר: למה? מדוע הטבע טרח כל כך הרבה כדי להמציא את הפסילוציבין פעמיים? מה היתרון האדיר שהוא מעניק לפטריות, שגרם לאבולוציה "להתעקש" עליו בשני ענפים שונים של עץ החיים? התשובה לכך עדיין לא ברורה, אך הגילוי הזה מספק למדענים כלים חדשים לחקור אותה. וכמו בכל סיפור בלשי טוב, לגילוי יש גם השלכות מעשיות. עם ההתעניינות הגוברת בפסילוציבין כתרופה פוטנציאלית, היכולת לייצר אותו במעבדה הופכת קריטית. כעת, הודות לצוות החוקרים הגרמני, יש למדע ארסנל כפול של כלים ביוכימיים למשימה זו. הם יכולים לבחור בין שני סטים של אנזימים כדי לייצר את המולקולה באופן נקי ויעיל. תעלומת הפטרייה המוזרה חשפה לא רק סיפור אבולוציוני מדהים, אלא גם פתחה דלת לעתיד הרפואה.
המחקר:
תגובות