マジックマッシュルームの謎:全く異なるキノコが、同じ「魔法の成分」を作り出す驚くべき進化
「マジックマッシュルーム」と呼ばれるキノコが持つ、心を揺さぶる不思議な力。その源となる精神活性物質「シロシビン」は、古くから人類の歴史と深く関わってきました。しかしこの物質は、単に幻覚体験を引き起こすだけでなく、近年では治療抵抗性のうつ病に対する画期的な治療薬としても大きな期待が寄せられています。今回、ドイツの研究チームが、このシロシビンがキノコの世界でいかにして生み出されるのか、その驚くべき秘密を解き明かしました。全く異なる進化の道を歩んできたキノコたちが、偶然にも同じ「魔法の分子」にたどり着いていたのです。
「これは、人類と非常に長い歴史を持つ分子の生合成に関する研究です」と説明するのは、フリードリヒ・シラー大学イエナ校およびライプニッツ天然物研究所・感染生物学研究所(Leibniz-HKI: Leibniz Institute for Natural Product Research and Infection Biology)で医薬品微生物学研究グループを率いるディルク・ホフマイスター博士(Dirk Hoffmeister, PhD)です。「私たちが注目しているのはシロシビンです。いわゆる『マジックマッシュルーム』に含まれるこの物質は、私たちの体内でシロシンへと変換され、意識を大きく変容させることがあります。しかし、シロシビンはサイケデリックな体験を引き起こすだけでなく、治療が難しいとされるうつ病の治療において有望な有効成分とも考えられています」とホフマイスター博士は語ります。
2つの道、1つの分子
エクセレンス・クラスター「Balance of the Microverse」内で行われたこの研究は、菌類がシロシビンを生産する能力を、互いに独立して少なくとも2回、別々に進化させてきたことを初めて明らかにしました。シビレタケ属(Psilocybe)のキノコがこの目的のために既知の酵素ツールキットを使用するのに対し、アセタケ属のキノコは全く異なる生化学的な道具一式を用いて、最終的に同じ分子にたどり着いていたのです。この発見は収斂進化の一例と考えられています。収斂進化とは、異なる種が独立して類似の形質を発達させる現象ですが、「マジックマッシュルーム」たちはその過程で独自の道を歩んでいたことになります。
菌類のゲノムから手がかりを探す
この研究の筆頭著者であり、ホフマイスター博士のチームに所属する博士課程研究員のティム・シェーファー氏(Tim Schäfer)は次のように説明します。「それはまるで、2つの異なる工房を見ているようでしたが、どちらも最終的には同じ製品を納品していました。アセタケ属のキノコからは、シビレタケ属のキノコで見つかったものとは全く関係のない、ユニークな酵素群を発見しました。それにもかかわらず、それらの酵素はすべて、シロシビンを形成するために必要なステップを触媒していたのです。」
研究者たちは実験室でこれらの酵素を分析しました。インスブルックの化学者ベルンハルト・ルップ氏(Bernhard Rupp)によって作成されたタンパク質モデルは、反応の順序がシビレタケ属で知られているものとは大きく異なることを裏付けました。「ここで、自然は実に同じ有効成分を二度も発明したのです」とシェーファーは言います。
しかし、なぜこれほど異なる2つの菌類グループが同じ有効成分を生産するのかは、依然として不明です。「本当の答えは、我々には分からない、ということです」とホフマイスター博士は強調します。「自然は理由なく何かを行うことはありません。ですから、森に生えるアセタケ属のキノコと、糞や木材チップの上で育つシビレタケ属のキノコの両方がこの分子を生産することには、何らかの利点があるはずです。ただ、それが何なのかはまだ分かっていないのです。」
「考えられる理由の一つは、シロシビンが捕食者を撃退するためのものである可能性です。シビレタケ属のキノコは、わずかな傷でも化学連鎖反応によって青く変色し、シロシビンの分解生成物が現れます。おそらくこの分子は、一種の化学的な防御メカニズムなのでしょう」とホフマイスター博士は述べています。
バイオテクノロジーのためのツールを増やす
異なる菌類がなぜ最終的に同じ分子を生産するのかはまだ不明ですが、この発見は実用的な意味合いを持っています。「今回、新たな酵素の存在が分かったことで、シロシビンのバイオテクノロジー生産に使える道具箱のツールが増えたことになります」とホフマイスター博士は説明します。
シェーファーもまた、将来を見据えています。「私たちの研究成果が、将来的に複雑な化学合成を必要とせずに、バイオリアクターで医薬品用のシロシビンを生産することに貢献できると期待しています。」イエナのLeibniz-HKIでは、ホフマイスター博士のチームがバイオパイロットプラントと密接に協力しており、そこではシロシビンのような天然物を工業規模で生産するプロセスの開発が進められています。
同時に、この研究は菌類が用いる化学戦略の多様性と、それらと環境との相互作用について、刺激的な洞察を提供します。したがって、この研究は、フリードリヒ・シラー大学イエナ校の共同研究センター「ChemBioSys」およびエクセレンス・クラスター「Balance of the Microverse」の中心的な問いに取り組むものであり、その枠組みの中でドイツ研究振興協会などから資金提供を受けて実施されました。共同研究センターChemBioSysが天然化合物が生物群集をどのように形成するかを調査する一方で、エクセレンス・クラスターは微生物とその環境の複雑なダイナミクスに焦点を当てています。
この研究成果は、2025年9月21日に『Angewandte Chemie International Edition』誌に掲載されました。このオープンアクセスの論文は、「Dissimilar Reactions and Enzymes for Psilocybin Biosynthesis in Inocybe and Psilocybe Mushrooms(アセタケ属とシビレタケ属のキノコにおけるシロシビン生合成の異なる反応と酵素)」と題されています。
画像:互いに独立して、異なる属の「マジックマッシュルーム」は、同じ精神活性物質であるシロシビンを生成する二つの異なる酵素経路を発達させた。これは天然物生合成における収斂進化の稀な例である。 (Credit: Tim Schäfer, Leibniz-HKI)
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