Unterschiedliche Reaktionen und Enzyme in der Psilocybin‐ Biosynthese bei Inocybe‐ und Psilocybe ‐Pilzen

Psilocybin, the main psychoactive alkaloid in magic mushrooms, is produced by several fungal genera. In Psilocybe species the biosynthetic pathway from L-tryptophan is well characterized. This work examined the pathway in Inocybe corydalina, a distantly related mushroom that also makes psilocybin. Four recombinant enzymes from I. corydalina were characterized in vitro: a decarboxylase (IpsD), a kinase (IpsK), and two methyltransferases (IpsM1 and IpsM2); a fifth monooxygenase (IpsH) was analyzed in silico. None of the reactions matched those in Psilocybe. The Inocybe pathway is branched and also produces baeocystin as a second end product. The findings indicate that psilocybin biosynthesis evolved twice independently using unrelated enzymes.

Study at a glance

Abstract

Zusammenfassung Psilocybin (4‐Phosphoryloxy‐ N , N ‐dimethyltryptamin, 1 ) ist der hauptsächliche Indolethylamin‐Naturstoff der psychotropen sogenannten Zauberpilze. Die Mehrheit der 1 ‐produzierenden Arten gehört zu der namensgebenden Gattung Psilocybe , für die die biosynthetischen Ereignisse, ausgehend von l ‐Tryptophan ( 2 ), sowie die beteiligten Enzyme gründlich charakterisiert wurden. Einige Inocybe ‐Arten (Risspilze), darunter Inocybe corydalina , produzieren ebenfalls 1 . In Produktbildungsassays charakterisierten wir vier rekombinant hergestellte Biosyntheseenzyme dieser Art in vitro: IpsD, eine Pyridoxal‐5′‐phosphat‐abhängige l ‐Tryptophandecarboxylase, die Kinase IpsK, sowie zwei fast identische Methyltransferasen, IpsM1 und IpsM2. Das fünfte Enzym, die unlösliche Monooxygenase IpsH, wurde in silico untersucht. Erstaunlicherweise findet keine der Reaktionen des 1 ‐Biosynthesewegs in Psilocybe ‐Arten in I. corydalina statt. Im Gegensatz zur Situation in Psilocybe ist der Inocybe ‐Biosyntheseweg verzweigt und führt zu Baeocystin (4‐Phosphoryloxy‐ N ‐methyltryptamin, 3 ) als zweitem Endprodukt. Unsere Ergebnisse zeigen, dass Pilze nur entfernt oder nicht verwandte Enzyme verwendeten, um die metabolische Fähigkeit der 1 ‐Biosynthese zweimal unabhängig zu evolvieren.