Miksi punakärpässienellä ei ole kavalakärpässienen myrkkyä? Genetiikka ei vielä osaa sanoa täysin

Todellinen mysteeri ei ole se, mitä sienessä on — vaan se, mitä siinä ei ole

Amanita muscaria kuuluu samaan sukuun kuin jotkin maailman tappavimmista sienistä — kuten Amanita phalloides, valkokärpässieni, joka on vastuussa suurimmasta osasta maailman kuolemaan johtaneita sienimyrkytyksiä amatoksiineiksi kutsutun toksiiniluokan kautta. Amanita muscaria ei tuota lainkaan amatoksiineja; se tuottaa täysin erilaisen yhdisteparin, ibotenihapon ja muskimolin. Se, miksi kaksi lajia samassa suvussa päätyivät täysin erilaisiin, toisiinsa liittymättömiin toksiinikemioihin, on aidosti avoin kysymys nykyisessä mykologisessa tutkimuksessa — ei kansanperinnettä, vaan aktiivinen evoluutiogeneettinen arvoitus, josta julkaistiin tutkimusartikkeli viimeisen vuoden aikana.

Kaksi toksiiniperhettä, kaksi saman suvun osastoa

Amanita-suku jakautuu taksonomisiin osastoihin, ja toksiinikemia noudattaa näitä osastoja tarkasti. Phalloideae-osaston lajit — mukaan lukien valkokärpässieni — tuottavat amatoksiineja kuten α-amanitiinia, jotka aiheuttavat maksan vajaatoiminnan tietyn molekyylimekanismin kautta. Amanita-osaston lajit, mukaan lukien Amanita muscaria, tuottavat sen sijaan isoksatsoliyhdisteitä — ibotenihappoa ja muskimolia — jotka vaikuttavat täysin eri reseptorijärjestelmiin ja aiheuttavat neurologista pikemmin kuin maksatoksisuutta. Nämä eivät ole variaatioita jaetusta toksiinista; ne ovat kemiallisesti ja mekanistisesti toisiinsa liittymättömiä yhdisteluokkia, joita tuottavat eri geenit saman suvun eri osissa.

Mitä genetiikka on löytänyt — ja mitä se ei ole ratkaissut

Tutkijat ovat tunnistaneet amatoksiinien tuotannosta vastaavat spesifiset geenit (geeniperhe, johon kuuluu AMA1) ja vahvistaneet, että ne ovat läsnä myrkyllisissä Phalloideae-lajeissa mutta puuttuvat amatoksiineja tuottamattomista lajeista muissa osastoissa, mukaan lukien Amanita muscaria ("Gene family encoding the major toxins of lethal Amanita mushrooms", PNAS). Uudempi fylogenominen tutkimus on laajentanut tätä kartoittamalla ibotenihappo/muskimoli-geeniklusterin levinneisyyden ja evoluutiohistorian erityisesti Amanita-osaston sisällä ("The distribution and evolution of muscarine and the ibotenic acid biosynthetic gene cluster within the genus Amanita", tuore fylogenominen tutkimus).

Se, mitä genetiikka ei ole ratkaissut, on se, miksi tämä jakautuminen ylipäätään on olemassa. Amatoksiini-geeniperheen kartoittaneet tutkijat esittävät nimenomaisesti kolme kilpailevaa selitystä, joiden välillä nykyiset tiedot eivät pysty erottamaan: geenit ovat saattaneet olla läsnä yhteisessä esi-isässä ja hävitä myöhemmin niistä linjoista, joilla niitä ei ole; toksiinintuottokyky on saattanut kehittyä itsenäisesti useammin kuin kerran (konvergentti evoluutio); tai geenit ovat saattaneet siirtyä lajien välillä horisontaalisen geeninsiirron kautta, mekanismin, joka yleensä yhdistetään enemmän bakteereihin kuin monimutkaisiin sieniin. Viimeisimmän julkaistun tutkimuksen perusteella ei vielä ole mahdollista määrittää, mikä näistä kolmesta todella tapahtui.

Miksi tämä on kiinnostavampi mysteeri kuin miltä se kuulostaa

Jokainen kolmesta selityksestä merkitsisi eri asiaa siitä, miten toksiinikemia kehittyy tässä suvussa. Yhteinen esi-isä menetyksellä tarkoittaisi, että amatoksiinintuottokyky oli aikoinaan laajemmalle levinnyt ja tietyt linjat, mukaan lukien muscarian, menettivät sen. Konvergentti evoluutio tarkoittaisi, että myrkyllinen sienikemia kehittyi ratkaisuna useammin kuin kerran, itsenäisesti, yhden suvun sisällä — huomattava aste toistuvaa evolutiivista painetta kohti toksiinintuotantoa yleisesti.

Horisontaalinen geeninsiirto kuulostaa kolmesta eksoottisimmalta, mutta se ei ole vailla ennakkotapausta sienissä erityisesti — kokonaisen myrkyllisen sekundaarimetaboliitti-geeniklusterin on dokumentoitu liikkuneen sienisukujen Aspergillus ja Podospora välillä, ja huomattavasti myös itse psilosybiinin tuotantogeeniklusteri osoittaa merkkejä horisontaalisesta siirrosta eri hallusinogeenisten sienten linjojen välillä ("Horizontal gene cluster transfer increased hallucinogenic mushroom diversity", Evolution Letters). Mekanismilla on siis todellinen ennakkotapaus sienissä — sitä ei vain ole vielä vahvistettu tapahtuneen erityisesti Amanitan amatoksiini/isoksatsoli-jakautumisessa. Genetiikka on rajannut kentän näihin kolmeen spesifiseen, testattavissa olevaan hypoteesiin; se ei vielä ole tuottanut tietoja voittajan valitsemiseksi.

Sama tutkimus kartoittaa myös yhdisteen, josta tämä sivusto on jo tehnyt korjauksen

Tuore fylogenominen artikkeli kattaa enemmän kuin ibotenihappo/muskimoli-klusterin — se jäljittää myös muskariinin biosynteesigeenien evolutiivisen levinneisyyden erityisesti Amanita-osaston sisällä. Muskariini on syytä mainita tässä, koska se on yhdiste, joka useimmin ja virheellisesti mainitaan Amanita muscarian nimen antajana ja pääasiallisena vaikuttavana aineena — sekaannus, jota käsitellään syvällisemmin toistuvan Amanita-"faktalistan" tarkastuksessamme — muskariinia on läsnä vain jälkiä, farmakologisesti merkityksettömiä määriä. Nähdä sen biosynteesigeenit kartoitettuna ibotenihappo/muskimoli-klusterin rinnalla samassa fylogenomisessa tutkimuksessa on muistutus siitä, että geenin läsnäolo ja fenotyyppinen merkitys ovat erillisiä kysymyksiä: laji voi kantaa yhdisteen geneettistä koneistoa, jolla ei ole olennaisesti mitään roolia sen todella havaitussa kemiassa tai vaikutuksissa.

Mitä tämä tarkoittaa sille, miten näistä kahdesta lajista puhutaan

Tämä itse asiassa terävöittää muualla tällä sivustolla käsiteltyä turvallisuusnäkökohtaa: Amanita muscaria ja valkokärpässienen tyyppiset lajit eivät ole toksikologisesti sukua toisilleen sukutasoisesta sukulaisuudesta huolimatta, ja WHO/IPCS-monografia Amanita muscariasta toteaa selvästi, ettei sillä ole maksatoksisia vaikutuksia — lajikohtainen tosiasia, ei yleinen varoitus koko suvusta. Amatoksiini/isoksatsoli-jako on juuri syy siihen, miksi "Amanita" sukuniminä ei yksinään ennusta myrkyllisyystyyppiä, ja miksi oikea lajitunnistus (ei vain sukutunnistus) on yhtä tärkeää kaikille, jotka keräilevät luonnosta.

Usein kysytyt kysymykset

Sisältääkö Amanita muscaria amatoksiineja, valkokärpässienimyrkytyksestä vastaavaa toksiinia?

Ei. Amatoksiineja tuottavat geenit löytyvät Phalloideae-osaston lajeista kuten valkokärpässienestä, mutta ne puuttuvat Amanita muscariasta, joka kuuluu eri taksonomiseen osastoon ja tuottaa toisiinsa liittymättömän toksiiniluokan, ibotenihappoa ja muskimolia.

Miksi läheisesti sukua olevilla Amanita-lajeilla on täysin erilaiset toksiinit?

Tämä on avoin kysymys. Tutkijat ovat tunnistaneet kunkin toksiinityypin vastuulliset geenit, mutta eivät vielä pysty määrittämään, syntyikö jako jaettujen esi-isägeenien menetyksestä, itsenäisestä (konvergentista) myrkyllisyyden evoluutiosta vai horisontaalisesta geeninsiirrosta linjojen välillä.

Onko tämä vanha, jo ratkaistu kysymys mykologiassa?

Ei — fylogenominen tutkimus, joka kartoittaa erityisesti ibotenihappo/muskimoli-geeniklusteria, julkaistiin vasta viimeisen vuoden aikana, ja kolme kilpailevaa evolutiivista selitystä pysyvät nykyisessä kirjallisuudessa nimenomaisesti eriyttämättöminä.

Vaikuttaako tämä siihen, kuinka vaarallinen Amanita muscaria todella on?

Se selventää, että Amanita muscarian myrkyllisyys on aidosti erityyppistä kuin valkokärpässienimyrkytys — neurologista pikemmin kuin maksatoksista — ei lievempää tai voimakkaampaa samalla asteikolla. WHO/IPCS-monografia toteaa, ettei Amanita muscarialla erityisesti ole maksatoksisia vaikutuksia.

Tarkoittaako sukunimen jakaminen, että kaksi Amanita-lajia jakavat saman toksiinikemian?

Ei, ja se on tämän tutkimuksen käytännön opetus — toksiinityyppi noudattaa taksonomista osastoa, ei sukukuulumista, mikä on yksi syy siihen, miksi oikea lajikohtainen tunnistus on tärkeämpää kuin pelkkä sukutason tunnistus.

Voisiko tuleva tutkimus ratkaista, mikä evolutiivinen selitys on oikea?

Mahdollisesti — kenttä on rajattu kolmeen spesifiseen, testattavissa olevaan hypoteesiin (esi-isämenetys, konvergentti evoluutio, horisontaalinen siirto), mikä on aito tutkimuskysymys eikä ratkaisematon, vain vielä ratkaisematta nykyisillä tiedoilla.

Onko horisontaalinen geeninsiirto realistinen selitys sienimyrkky-geeniklusterille?

Kyllä, siihen on todellinen ennakkotapaus — myrkyllisen sekundaarimetaboliitti-geeniklusterin on dokumentoitu siirtyneen sienisukujen Aspergillus ja Podospora välillä, ja jopa itse psilosybiinin tuotantogeeniklusteri osoittaa merkkejä horisontaalisesta siirrosta hallusinogeenisten sienten linjojen välillä.

Yhteenveto

Amanita muscarian todellinen mysteeri ei ole sen kansanperinne — se on elävä, ajankohtainen evoluutiogeneettinen kysymys: miksi se tuottaa ibotenihappoa ja muskimolia, kun taas sen läheiset suvun sukulaiset, kuten valkokärpässieni, tuottavat täysin erilaisen, tappavamman toksiiniluokan, amatoksiinit? Genetiikka on tunnistanut vastuulliset geenit ja vahvistanut, että ne puuttuvat Amanita muscariasta, mutta ei vielä voi sanoa, johtuuko tämä esi-isämenetyksestä, konvergentista evoluutiosta vai horisontaalisesta geeninsiirrosta.

Meidän kuivatut A-luokan lakkimme on oikein lajitunnistettu nimenomaan Amanita muscariaksi — tässä kuvattu toksikologinen ero on juuri syy siihen, miksi tämä lajikohtainen tarkkuus on tärkeämpää kuin pelkkä sukutason tuttuus.

Kirjoittanut Viktor Amanita Storessa. Tämä artikkeli on tarkoitettu koulutustarkoituksiin eikä ole lääketieteellinen neuvo. Amanita muscaria ei ole hyväksytty elintarvikeaine Yhdysvalloissa eikä se ole hoito millekään sairaudelle. Oikeudellinen asema vaihtelee lainkäyttöalueittain — tarkista paikalliset määräykset.