psilocybin이라는 물질을 만들어 내는 서로 다른 두 버섯에 대한 내용을 가져와봤습니다. 제목은Dissimilar Reactions and Enzymes for Psilocybin Biosynthesis in Inocybe and Psilocybe Mushrooms으로 서로 다른 버섯에서 동일한 물질을 만드는데 완전히 다른 방법으로 만들어내는 것에 대해서 알아봤습니다. 시작점은 같지만 합성 경로와 합성에 사용되는 효소들도 다르기에 이미 방법에 특허가 걸려있는 물질을 만드는데 새로운 방법을 찾는데 적격입니다.
AI와 함께 자연에서 창의성 한스푼을 더한다면.. 많은 것들이 달라질것 같네요 :)
역시 너는 다 계획이 있구나
clova-x
psilocybin의 합성 과정은 Psilocybe와 Inocybe 속의 버섯에서 다르게 나타나며, 두 속 모두 l-tryptophan에서 시작하지만 합성 경로와 관련된 효소들이 다릅니다. Inocybe 속의 버섯은 psilocybin 외에도 baeocystin을 합성할 수 있습니다.
1. **Psilocybin의 합성**
- Psilocybin은 Psilocybe 속의 버섯에서 주로 합성되며, l-tryptophan에서 시작하여 여러 단계를 거쳐 완성됩니다.
- Psilocybe에서의 합성 경로는 잘 연구되어 있으며, 특정 효소들이 이 과정에 관여합니다.
2. **Inocybe 속의 psilocybin 합성**
- Inocybe 속의 버섯은 Psilocybe와는 다른 합성 경로를 통해 psilocybin을 합성하며, 이 과정에서 사용되는 효소들은 Psilocybe의 그것과 다릅니다.
- Inocybe 속의 버섯은 psilocybin 외에도 baeocystin을 주요 최종산물로 합성할 수 있습니다.
3. **효소의 차이**
- Psilocybe와 Inocybe의 합성 경로에서 사용되는 효소들은 서로 관련이 없으며, 각각의 경로에 독특하게 적응되어 있습니다.
- 이러한 차이는 두 속의 버섯이 같은 계통학적 순서에 속함에도 불구하고, psilocybin 합성 능력을 독립적으로 진화시켰음을 보여줍니다.
gemini
## 놀라운 생명 과학 발견! '마법 버섯'의 환각 성분 합성법이 버섯마다 달랐다: 평행 진화의 증거
**대상 독자:** 생명과학을 전공하지 않은 일반 성인 독자 (A4용지 두 장 이내 요약)
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### 🍄 연구 배경: '마법 버섯' 성분의 중요성과 풀리지 않은 숙제
[cite_start]**실로시빈(Psilocybin)**은 흔히 '마법 버섯'이라 불리는 **환각 버섯**의 주된 활성 성분입니다[cite: 2, 10]. [cite_start]이 성분은 심각하고 치료가 어려운 **우울증**의 새로운 치료 후보 물질로 주목받고 있으며, 임상 시험에서 매우 유망한 결과를 보여주고 있습니다[cite: 16].
[cite_start]지금까지 이 성분을 가장 잘 생산하는 것으로 알려진 버섯은 **환각버섯속(*Psilocybe*)**이며, 과학자들은 이 버섯이 실로시빈을 어떻게 만드는지(생합성 경로)를 상세히 밝혀냈습니다[cite: 3, 20]. [cite_start]그러나 최근 **솜버섯속(*Inocybe*)**에 속하는 *I. corydalina*라는 버섯에서도 실로시빈이 발견되었는데 [cite: 4, 50][cite_start], 이 버섯은 *Psilocybe*와는 **유전적으로 전혀 다른** 효소 유전자 세트(*ips* 유전자)를 가지고 있을 것으로 예측되었습니다[cite: 25, 26].
### 💡 연구 목적: 두 버섯의 실로시빈 합성 경로 비교 분석
[cite_start]이 연구의 목적은 *I. corydalina* 버섯의 새로운 유전자(*ips* 유전자)가 만들어내는 효소들(IpsD, IpsK, IpsM1, IpsM2, IpsH)을 실제로 특성화하고, 이 효소들이 과연 **환각버섯속(*Psilocybe*)의 효소**와 **동일한 생합성 경로**를 밟아 실로시빈을 만들어내는지 **생화학적으로 규명**하는 것입니다[cite: 5, 27].
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### 🔬 연구 방법: 효소를 시험관에서 테스트하고 컴퓨터로 모델링하다
[cite_start]연구팀은 *I. corydalina*의 유전자를 대장균에 넣어 발현시킨 후, 네 가지 효소(**IpsD, IpsK, IpsM1, IpsM2**)를 순수하게 분리하여 **시험관 내(*in vitro*)**에서 각 효소의 실제 반응을 관찰했습니다[cite: 5, 47, 148].
[cite_start]나머지 하나의 효소(**IpsH**)는 물에 녹지 않는 특성 때문에 직접 실험하는 대신, **컴퓨터 모델링(*in silico*) 기법(AlphaFold 3)**을 이용해 구조를 예측하고 다른 효소들의 반응 결과를 토대로 그 역할을 추론했습니다[cite: 6, 90, 100].
### 📊 연구 결과: 놀랍도록 다른 '역방향' 경로 발견
실험 결과는 과학자들의 예상을 뒤엎는 놀라운 사실을 보여주었습니다.
1. **경로의 순서가 완전히 뒤집혔다 (핵심 발견)**:
* [cite_start]**기존 (*Psilocybe*) 경로:** 생합성은 출발 물질(**L-트립토판**)에서 **'탈카르복실화'**를 통해 시작됩니다[cite: 54].
* [cite_start]**새로운 (*Inocybe*) 경로:** *I. corydalina*의 시작 효소(**IpsD**)는 L-트립토판을 **거부**했습니다[cite: 53]. [cite_start]대신, L-트립토판에 미리 **'수산화'**가 된 중간 물질을 기질로 받아들여 반응했습니다[cite: 56, 57]. [cite_start]이는 *Inocybe*의 생합성 경로가 *Psilocybe*와는 달리 **'수산화'가 '탈카르복실화'보다 먼저 일어나는** 순서, 즉 **정반대의 순서**를 따른다는 것을 의미합니다[cite: 57, 100]. [cite_start]이 순서는 **포유류가 세로토닌을 합성하는 경로**와 유사합니다[cite: 55].
2. **효소 자체가 유전적으로 무관하다**:
* [cite_start]실로시빈 합성에 관여하는 **다섯 가지 효소 중 그 어느 하나도** *Psilocybe*의 효소와 **유전적으로 가까운 조상**을 공유하지 않습니다[cite: 9, 29, 40]. [cite_start]특히 초기 단계 효소인 IpsD와 PsiD는 **작동 방식 자체가 완전히 다릅니다**[cite: 46].
* [cite_start]메틸화 효소(IpsM1, IpsM2) 또한 *Psilocybe*의 효소(PsiM)와 다른 효소 패밀리에 속하며 [cite: 142][cite_start], 인산화 효소(IpsK)도 PsiK와 겨우 22.4%의 아미노산 일치율을 보였습니다[cite: 104].
3. **새로운 '곁가지' 최종 산물 발견**:
* [cite_start]*Psilocybe*에서 **바에오시스틴(baeocystin)**은 실로시빈을 만들기 위한 **중간 단계 물질**입니다[cite: 133].
* [cite_start]그러나 *I. corydalina*의 경로에서는 바에오시스틴이 더 이상 다음 반응으로 넘어가지 않고 **또 하나의 주요 최종 산물**로 만들어지는 **'곁가지(branched)' 경로**가 확인되었습니다[cite: 8, 80, 133].
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### 🧐 고찰 및 의의: 대사 활동의 '수렴 진화'라는 자연의 경이
이 연구 결과는 생명 과학에서 매우 중요한 **'수렴 진화(Convergent Evolution)'**의 명확한 사례를 보여줍니다.
* [cite_start]**수렴 진화의 증거**: 같은 목(Order: Agaricales)에 속하는 두 버섯(*Psilocybe*와 *Inocybe*)이 **서로 완전히 무관한 유전자와 효소**를 이용하여, **최종적으로 똑같은 화학 물질(실로시빈)**을 만들어내는 **두 가지 독립적인 대사 경로**를 진화시켰음을 증명했습니다[cite: 9, 29]. 이는 마치 자동차(실로시빈)를 만들기 위해 어떤 나라는 휘발유 엔진(Psilocybe 경로)을 개발하고, 어떤 나라는 수소 엔진(Inocybe 경로)을 개발했는데, 두 엔진이 모두 독립적으로 발명되었다는 것과 같습니다.
### 🌟 연구의 중요성 및 시사점: 미래 의약품 생산을 위한 새로운 도구
[cite_start]이 연구는 단순히 버섯의 생물학적 호기심을 충족하는 것을 넘어, 미래의 **바이오테크놀로지(생명공학)** 분야에 큰 시사점을 줍니다[cite: 30].
1. [cite_start]**실로시빈의 청정 생산**: 실로시빈은 난치성 우울증 치료제로의 가능성 때문에 대량 생산이 필요한데 [cite: 16][cite_start], 이 연구를 통해 *I. corydalina*의 **새로운 효소 세트**가 확보되었습니다[cite: 30]. [cite_start]과학자들은 이 효소들을 이용하여 **효율적이고 청정한** 실로시빈 합성 공정을 개발할 수 있는 **새로운 도구**를 얻게 된 것입니다[cite: 30].
2. [cite_start]**대사공학의 활용**: 새로운 *Inocybe* 효소들은 **효소 반응 순서가 다르고 기질 특이성이 엄격**하여[cite: 53, 61, 63], 복잡한 대사 경로를 미생물에 이식하여 원하는 물질을 생산하는 **대사 공학** 분야에 귀중하게 활용될 수 있습니다.
**결론적으로,** 이 연구는 자연이 하나의 목표를 달성하기 위해 얼마나 다양한 방법을 진화시켜 왔는지 보여주는 중요한 발견이며, 동시에 인류의 건강을 위한 **미래 의약품 생산**에 기여할 새로운 문을 열었다는 점에서 매우 중요합니다.
chatGPT
다음은 논문 \*\*「Dissimilar Reactions and Enzymes for Psilocybin Biosynthesis in *Inocybe* and *Psilocybe* Mushrooms」 (Schäfer et al., 2025, Angewandte Chemie International Edition)\*\*의 내용을 바탕으로,
비전공 일반 성인 독자를 위한 블로그용 요약문입니다.
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## 🍄 두 번 진화한 환각버섯의 비밀: 서로 다른 효소로 만들어진 ‘실로시빈’
### 1. 연구 배경
‘매직 머시룸(magic mushroom)’이라 불리는 버섯의 주요 성분 \*\*실로시빈(psilocybin)\*\*은 뇌의 세로토닌 수용체에 작용하여 환각 효과를 일으키는 물질입니다.
최근에는 이 물질이 **우울증과 불안 장애 치료제 후보**로 주목받으며, 제약업계와 과학계 모두 큰 관심을 가지고 있습니다.
그동안 실로시빈은 주로 *Psilocybe* 속(속명: 싸이로사이베) 버섯에서 발견되었고, 이 버섯의 유전자는 ‘**psi 유전자군**’이라 불리는 일련의 효소들을 이용해 \*\*트립토판(tryptophan)\*\*에서 실로시빈을 만들어낸다는 것이 밝혀졌습니다.
그런데 놀랍게도, **다른 속인 *Inocybe* (섬유갓속)** 버섯에서도 실로시빈이 발견되었지만, 이 버섯에는 *Psilocybe*에서 보이는 psi 유전자가 전혀 없었습니다.
즉, **전혀 다른 효소 세트를 이용해 같은 물질을 만들어내고 있는 것**처럼 보였던 것이죠.
### 2. 연구 목적
이번 연구는 독일 예나대학의 **Dirk Hoffmeister 교수팀**이 수행했으며,
*Inocybe corydalina*라는 버섯이 어떻게 *Psilocybe*와는 완전히 다른 효소를 사용하면서도 실로시빈을 합성하는지를 생화학적으로 밝혀내는 것이 목표였습니다.
### 3. 연구 방법
연구진은 *Inocybe corydalina*에서 발견된 5개의 후보 효소 유전자(**ips 유전자군**)—
IpsD, IpsH, IpsK, IpsM1, IpsM2—를 \*\*세균(E. coli)\*\*에서 각각 재조합 단백질 형태로 합성하고,
각 효소의 기능을 시험하는 **시험관 내(in vitro) 반응 실험**을 수행했습니다.
또한 일부 불안정한 효소(IpsH)는 \*\*컴퓨터 기반 구조 모델링(AlphaFold3)\*\*으로 분석했습니다.
이후 효소들을 조합해 실제로 실로시빈이 만들어지는지를 확인하는 \*\*다중 효소 실험(one-pot reaction)\*\*도 진행했습니다.
### 4. 주요 결과
#### (1) 완전히 다른 합성 경로
*Psilocybe*에서는 트립토판이 먼저 \*\*탈탄산(decaboxylation)\*\*되고, 그 후 \*\*산화(hydroxylation)\*\*되는 순서로 실로시빈이 만들어집니다.
그러나 *Inocybe*에서는 **순서가 반대**입니다 —
먼저 산화가 일어나고, 그 다음에 탈탄산이 일어나는 것입니다.
즉, 두 버섯은 **같은 물질을 만들지만, 효소 반응 순서와 종류가 완전히 다릅니다.**
#### (2) 다른 효소, 같은 기능
* **IpsD (탈탄산효소)**: *Psilocybe*의 PsiD와는 전혀 관련 없는, PLP(피리독살 인산) 의존형 효소로,
트립토판 대신 ‘4-하이드록시-트립토판’을 기질로 사용합니다.
* **IpsH (모노옥시게네이스)**: P450 계열 효소로 산소를 특정 위치에 도입하지만, PsiH와는 구조적으로 전혀 다릅니다.
* **IpsK (인산전이효소)**: 실로시빈의 핵심 특징인 ‘인산기’를 붙이는 효소로, PsiK와 기능은 같지만 완전히 다른 아미노산 서열을 가집니다.
* **IpsM1·IpsM2 (메틸전이효소)**: *Psilocybe*에는 하나(PsiM)뿐인 메틸화 효소가 *Inocybe*에서는 두 개로 분화되어 있으며,
이들이 **서로 다른 단계에서 협력**하여 두 가지 물질을 만듭니다.
#### (3) 두 갈래로 끝나는 경로
*Inocybe*에서는 실로시빈 외에도 \*\*베오시스틴(baeocystin)\*\*이라는 비슷한 화합물이 함께 생성됩니다.
이는 경로가 ‘**두 갈래(branch)**’로 나뉘기 때문이며, 두 메틸전이효소가 서로 다른 타이밍에 작용하면서 생기는 현상입니다.
즉, 이 버섯은 **하나의 경로로 두 가지 최종 산물을 동시에 만드는** 특이한 생합성 시스템을 가지고 있습니다.
### 5. 고찰 – 평행진화(Convergent Evolution)의 대표 사례
이 연구는 **실로시빈 생합성 경로가 버섯 계통 내에서 두 번 독립적으로 진화했다는 생화학적 증거**를 제공합니다.
두 버섯 속은 모두 같은 버섯목(Agaricales)에 속하지만, 사용 효소는 서로 완전히 달랐습니다.
이처럼 **서로 다른 유전자가 같은 화학적 결과를 만들어내는 현상**을 ‘**평행진화(convergent evolution)**’라고 합니다.
이는 동물의 날개나 식물의 가시처럼, 비슷한 기능이 서로 다른 생물에서 독립적으로 생겨난 사례와 같은 개념입니다.
또한 연구진은 *Inocybe*와 *Psilocybe*가 살아가는 **생태적 환경 차이**(공생균 vs 부식균)가 이런 진화적 차이를 낳았을 가능성을 제시했습니다.
### 6. 연구의 의의와 시사점
1. **실로시빈의 진화 생화학적 다양성**을 처음으로 실험적으로 증명했습니다.
2. 서로 다른 효소를 이용해 동일 물질을 합성할 수 있음을 보여,
**생명체의 대사경로가 얼마나 유연하게 진화할 수 있는지**를 드러냈습니다.
3. 새로운 효소군(IpsD\~IpsM2)은 **바이오공정·의약 생산용 생촉매**로 활용될 수 있습니다.
이는 향후 **실로시빈의 인공 생산**(세포 배양 또는 효소 반응 시스템)에서 효율성을 높이는 데 도움이 됩니다.
### 7. 왜 중요한가?
이 연구는 단순히 “버섯이 환각물질을 만든다”는 수준을 넘어,
**생명체가 같은 목표를 위해 전혀 다른 길을 찾아가는 진화의 창의성**을 보여줍니다.
또한, 실로시빈의 **합성 효소를 다양화**함으로써, 향후 **정신질환 치료제 생산의 지속가능한 대안**을 제시한다는 점에서도 큰 의미가 있습니다.
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요약하자면,
> *“섬유갓 버섯은 실로시빈을 만들기 위해 싸이로사이베 버섯과 전혀 다른 효소 세트를 사용한다.
> 이것은 자연이 같은 해답을 두 번, 서로 다른 방식으로 찾아낸 놀라운 진화의 사례이다.”*
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### 환각 버섯의 비밀: 이노사이브와 실로사이브 버섯에서 실로시빈 합성의 차이
#### 연구 배경
환각 버섯(일명 '매직 머시룸')의 주요 물질인 실로시빈(psilocybin)은 우울증 치료 후보 약물로 주목받고 있습니다. 이 물질은 주로 실로사이브(Psilocybe) 속 버섯에서 발견되며, 그 합성 과정(트립토판에서 시작해 효소가 단계적으로 변화시키는 경로)이 이미 자세히 밝혀졌습니다. 하지만 이노사이브(Inocybe) 속 버섯(예: Inocybe corydalina)도 실로시빈을 생산하는데, 유전자 분석에서 실로사이브와 다른 유전자를 가짐이 드러났습니다. 이는 버섯들이 독립적으로 실로시빈 생산 능력을 진화했을 가능성을 시사합니다.
#### 연구 목적
이 연구는 이노사이브 corydalina 버섯의 실로시빈 합성 효소(ips 유전자 제품)를 직접 분석해 경로를 밝히고, 실로사이브(Psilocybe cubensis)와 비교하는 데 초점을 맞췄습니다. 이를 통해 버섯들이 어떻게 비슷한 물질을 만들되 다른 '레시피'를 쓰는지 이해하려 했습니다.
#### 연구 방법
연구팀은 이노사이브 버섯의 유전자를 E. coli 박테리아에 넣어 재조합 효소를 만들었습니다. 이 효소들(IpsD: 탈탄산효소, IpsK: 인산화효소, IpsM1/M2: 메틸화효소)을 시험관에서 기질(트립토판 유도체)과 반응시켜 제품을 LC-MS(액체 크로마토그래피-질량 분석)로 확인했습니다. IpsH(산화효소)는 불용성이라 컴퓨터 모델링(AlphaFold 3)으로 구조를 분석했습니다. 효소 효율은 키네틱스(반응 속도) 실험으로 측정했습니다.
#### 연구 결과
이노사이브의 실로시빈 합성 경로는 실로사이브와 완전히 다릅니다. 실로사이브는 트립토판을 먼저 탈탄산(이산화탄소 제거)한 후 산화(산소 추가)하지만, 이노사이브는 반대: 먼저 IpsH가 트립토판을 산화해 4-하이드록시-트립토판으로 만들고, IpsD가 이를 탈탄산합니다. IpsD는 비산화 트립토판을 거부하는 특이성을 보였습니다. 이어 IpsM1/M2가 메틸 그룹(탄소-수소 덩어리)을 두 번 붙여 디메틸화하고, IpsK가 인산 그룹을 추가해 실로시빈을 완성합니다. 하지만 경로가 분기되어 베오시스틴(baeocystin, 메틸 하나만 붙은 형태)도 주요 제품으로 나옵니다. IpsM1/M2는 두 효소가 비슷하지만, IpsM1은 두 번째 메틸화를, IpsM2는 첫 번째를 선호합니다.
#### 고찰
실로사이브와 이노사이브는 같은 버섯 계통(아가리쿠스목)이지만, 효소와 반응 순서가 전혀 다릅니다. 실로사이브는 메틸화가 마지막이지만, 이노사이브는 인산화가 마지막입니다. 컴퓨터 모델링에서 IpsD의 구조가 4-하이드록시 그룹을 선호하는 이유를 설명했습니다. 이는 버섯들이 유전자 수평 전이(다른 종에서 유전자 빌려옴) 없이 독립적으로 실로시빈 생산을 진화했다는 증거입니다.
#### 의의와 시사점
이 발견은 실로시빈의 생물학적 다양성을 밝혀, 약물 생산을 위한 새로운 효소 도구(바이오테크)를 제공합니다. 예를 들어, 이노사이브 효소를 활용하면 효율적인 공장 미생물(곰팡이/박테리아)을 만들 수 있습니다. 또한, 자연에서 비슷한 물질이 여러 경로로 생기는 메커니즘을 이해하는 데 도움이 됩니다.
이 연구가 중요한 이유는 실로시빈이 우울증 치료제로 임상 시험 중인 만큼, 다양한 합성 경로를 알면 더 안전하고 저렴한 생산이 가능해지기 때문입니다. 버섯의 진화 비밀을 풀며, 자연의 창의성을 보여주는 흥미로운 사례입니다!
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## 버섯의 놀라운 진화: '마법의 버섯' 화합물을 만드는 두 가지 비밀 레시피
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### 연구 배경 및 목적
인간에게 **실로시빈 (Psilocybin, 1)**은 신경 정신 활성 화합물(사이코트로픽 물질)로 알려져 있으며, 특히 **중증 및 치료 저항성 우울증**에 대한 유망한 후보 약물로서 임상 시험에서 긍정적인 결과를 보여주면서 그 **제약적 가치**가 매우 높아지고 있습니다. 실로시빈은 보통 "마법의 버섯(magic mushrooms)"이라 불리는 균류의 주요 천연물입니다.
이 실로시빈을 생산하는 종의 대부분은 대표적인 **환각 버섯속 (*Psilocybe*)**에 속하며, 이 버섯들이 L-트립토판(L-tryptophan, 2)이라는 아미노산에서 실로시빈을 합성하는 생합성 과정(경로)과 관련된 효소들은 이미 자세히 규명되었습니다.
하지만, 섬유질 갓 버섯이라고 불리는 **다른 버섯속 (*Inocybe*)**의 일부 종, 예를 들어 ***Inocybe corydalina*** 역시 실로시빈을 생산한다는 사실이 알려져 있습니다. 흥미롭게도 이전 연구에서 ***I. corydalina***의 유전자에는 기존 *Psilocybe* 종에서 실로시빈 합성을 담당하는 *psi* 유전자 클러스터가 없다는 것이 보고되었습니다.
**본 연구의 목적**은 *I. corydalina* 버섯이 기존 *Psilocybe* 버섯과 유전적으로 관련이 없는 효소들을 사용하여 어떻게 동일한 실로시빈(1)이라는 최종 산물을 만들어내는지 **생화학적으로 규명**하고, 이 두 버섯 속에서 이 경로가 **독립적으로 진화**했음을 입증하는 것입니다.
### 연구 방법
연구진은 ***I. corydalina*** 버섯에서 실로시빈 합성에 관여할 것으로 추정되는 네 가지 효소(IpsD, IpsK, IpsM1, IpsM2)를 대장균(*E. coli*)에서 재조합하여 생산한 뒤, **시험관 내(*in vitro*) 활성 분석**을 통해 각 효소가 어떤 물질(기질)에 작용하며 어떤 순서로 반응이 일어나는지 특성화했습니다. 다섯 번째 효소인 불용성 모노옥시게나아제(IpsH)는 **컴퓨터 모델링(*in silico* analysis)**을 통해 구조와 역할을 예측했습니다.
이러한 개별 효소 분석 외에도, 연구진은 **다중 효소 활성 분석**을 통해 여러 효소를 동시에 투입하여 실로시빈이 실제로 합성되는지 확인했습니다.
### 주요 연구 결과
본 연구의 가장 놀라운 발견은 ***I. corydalina***의 실로시빈 생합성 경로가 *Psilocybe* 종의 경로와 **완전히 다르다**는 것입니다. 두 경로 모두 실로시빈(1)을 만들기 위해 L-트립토판(2)에서 시작하지만, 중간 단계의 반응 순서와 효소의 종류가 달랐습니다.
#### 1. 효소의 종류가 완전히 다르다
* ***Psilocybe*** **(Psi 효소):** *Psilocybe*는 실로시빈 합성에 필요한 모든 기능을 수행하는 *psi* 유전자 클러스터를 사용합니다.
* ***Inocybe*** **(Ips 효소):** *I. corydalina*의 효소 (*ips* 유전자)들은 확인된 *Psilocybe*의 *Psi* 효소들과 **가까운 공통 조상을 공유하지 않으며**, **계통 발생학적으로 완전히 관련이 없거나**, **매우 낮은 서열 유사성**만 공유합니다. 예를 들어:
* **탈카르복실화 효소 (IpsD vs PsiD):** *Psilocybe*의 PsiD는 PLP(보조 인자)에 의존하지 않지만, *Inocybe*의 IpsD는 PLP 의존적이며 이 두 효소는 계통 발생학적으로 완전히 무관합니다.
#### 2. 반응 순서가 역전되었다
두 버섯 속은 실로시빈을 만들기 위해 '수산화(Hydroxylation)', '탈카르복실화(Decarboxylation)', '메틸화(Methylation)', '인산화(Phosphorylation)'라는 네 가지 핵심 반응을 수행하지만, 그 순서가 역전되어 있습니다.
| 반응 단계 | *Psilocybe* 경로 (기존 알려진 경로) | *Inocybe* 경로 (본 연구에서 규명) |
| :--- | :--- | :--- |
| **초기 단계** | **탈카르복실화**가 먼저 일어남. | **수산화**가 먼저 일어남. |
| **작용 물질** | L-트립토판(2)을 먼저 사용. | **4-하이드록시-L-트립토판(7)**을 먼저 사용해야 함. |
| **후기 단계** | **메틸화** (두 번의 연속 메틸화)가 최종 단계. | **인산화** (IpsK에 의한)가 최종 단계. |
| **공통 중간체** | 단 한 가지 물질 (**5**)만을 공통 중간체로 공유. |
특히, *Inocybe*의 효소 **IpsD**는 기존 *Psilocybe*의 경로에서 초기 기질인 L-트립토판(2)을 **엄격하게 거부**하며, 4-수산화된 형태인 4-하이드록시-L-트립토판(7)만을 받아들입니다. 이는 *I. corydalina*에서는 수산화(IpsH)가 실로시빈 생합성의 **첫 번째 단계**여야 함을 의미합니다.
#### 3. *Inocybe* 경로에는 '가지'가 있다
* *I. corydalina*의 경로는 실로시빈(1) 외에도 **바에오시스틴(baeocystin, 3)**을 두 번째 최종 산물로 생산하는 **분지된 경로**를 가지고 있습니다.
* *Psilocybe*에서는 바에오시스틴(3)이 실로시빈(1)의 **직전 전구체(중간 기질)** 역할을 하지만, *Inocybe*에서는 **최종 산물**로 간주됩니다. 이는 *I. corydalina*의 두 가지 메틸전달효소(IpsM1, IpsM2)가 인산화된 물질을 **거부**하기 때문입니다.
* *I. corydalina*는 **두 개의 유사하지만 상호 보완적인 메틸전달효소(IpsM1, IpsM2)**를 사용하는데, 이들이 공동으로 작용해야 실로시빈(1)이 주요 산물로 생성됩니다. 이 효소들은 경로의 산물 비율을 **운동학적으로 조절**하여 실로시빈(1)과 바에오시스틴(3)의 생성을 균형 있게 만듭니다.
### 고찰, 의의 및 시사점
본 연구 결과는 실로시빈 생합성 경로가 균류계 내에서 **두 번, 독립적으로 진화**했다는 강력한 생화학적 증거를 제공합니다. 이 현상은 **수렴 진화(convergent evolution)**로 설명되며, 이는 계통적으로 멀리 떨어져 있거나 관련이 없는 유기체들이 동일하거나 유사한 최종 표현형(이 경우, 실로시빈 생산 능력)을 얻기 위해 **서로 다른 효소와 경로**를 이용했음을 의미합니다.
#### 1. 생태학적 시사점
* ***I. corydalina***와 ***Psilocybe***는 각각 공생성(symbiont) 생활 방식과 부생성(saprotrophic) 생활 방식을 따르며 **서로 다른 생태적 지위**를 차지합니다. 이 연구는 두 버섯 속이 동일한 **선택 압력(selective pressure)**에 노출되었는지, 그리고 실로시빈이 이들에게 정확히 어떤 이점을 제공했는지(예: 포식자 억제)에 대한 후속 생태학적 연구의 기초를 제공합니다.
#### 2. 의학 및 생명공학적 시사점
* 실로시빈은 치료 저항성 우울증 치료제로 잠재력을 인정받아 수요가 증가하고 있으며, 이를 **생명공학적으로 지속 가능하게 생산**하는 방법이 중요해지고 있습니다.
* 기존에는 *Psilocybe*의 *Psi* 효소를 사용하여 실로시빈을 대장균이나 효모 등 다른 숙주에서 이종 생산했습니다.
* **본 연구를 통해 특성화된 *Ips* 효소들**은 실로시빈을 생명공학적으로 생산할 수 있는 효소 목록에 **새로운 선택지**를 추가합니다. 이 새로운 효소 세트는 미래의 *In vitro* (시험관 내) 생산 절차나 생합성 경로 최적화에 활용될 수 있습니다.
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### 이 연구가 중요한 이유
이 연구는 실로시빈과 같은 중요한 천연물이 자연계에서 어떻게 진화했는지에 대한 **근본적인 생화학적 통찰력**을 제공합니다.
생명과학적 관점에서 볼 때, 이 연구는 Agaricales 목(目) 내의 버섯들이 **단일한 화학 물질을 합성하기 위해** 완전히 다른 유전자와 효소 시스템을 독립적으로 진화시켰음을 **생화학적으로 최초로 검증**했다는 점에서 진화학적 중요성을 가집니다.
응용적 관점에서 볼 때, 실로시빈이 우울증 치료제로서 잠재력이 높아지는 상황에서, 이 연구는 **효소의 레퍼토리**를 확장하여 실로시빈을 **더 효율적이고 다양하게 생산할 수 있는 기반**을 마련해 줍니다. 이는 미래 의약품 생산의 지속 가능성을 높이는 데 기여할 것입니다.
perplexity.ai
이 논문은 향정신성 물질 ‘필로사이빈(psilocybin)’이 서로 다른 두 버섯 속, 즉 **사일로사이베(Psilocybe)**와 **이노시베(Inocybe)**에서 완전히 다른 효소와 생화학 경로를 통해 독립적으로 만들어진다는 사실을 밝힌 연구이다.
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### 연구 배경
필로사이빈은 사일로사이베속 버섯에서 발견되는 대표적인 환각 성분으로, 체내에서 ‘필로신(psilocin)’으로 전환되어 세로토닌 수용체에 작용한다. 최근 연구에서는 이 물질이 기존 치료에 반응하지 않는 **우울증 치료제 후보**로 주목받고 있다.
하지만 일부 이노시베속 버섯에서도 동일한 필로사이빈이 발견되었는데, 이전 연구들은 이들이 사일로사이베속 버섯으로부터 유전자를 ‘수평 이동’을 통해 얻었을 것이라 추측했다. 이번 연구는 그 가설을 직접 검증하고자 했다.[1]
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### 연구 목적
연구진은 독일 예나대학교와 오스트리아 인스브루크대학교 협력으로, **이노시베 코리달리나(Inocybe corydalina)** 종이 사일로사이베속과 다른 방식으로 필로사이빈을 합성하는지를 규명하고자 했다. 즉, 같은 최종물질(필로사이빈)을 만들지만 그 과정과 효소 구성이 완전히 다른지 알아보는 것이 목표였다.[1]
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### 연구 방법
1. 이노시베 유전체에서 추출한 **ips 유전자군(ipsD, ipsH, ipsK, ipsM1, ipsM2)** 의 기능을 분석했다.
2. 각 효소를 **대장균에서 재조합 단백질 형태로 생산**하고 시험관 내(in vitro)에서 반응을 관찰했다.
3. 효소 구조는 **AlphaFold 3를 활용한 단백질 구조 예측** 기술로 분석했다.
4. 생성된 반응산물을 **질량분석기(LC-MS)** 로 확인해 경로를 재구성했다.[1]
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### 주요 결과
1. **완전히 다른 효소 체계**
- 사일로사이베속에서 알려진 psi 효소들과는 전혀 다른 종류의 효소들이 사용되었다.
- 이노시베속의 효소들은 이름은 유사하지만(예: IpsD vs PsiD), 아미노산 서열이나 작용 기전이 전혀 달랐다.[1]
2. **경로 순서의 반전**
- 사일로사이베에서는 트립토판 → 탈탄산 → 수산화 → 메틸화 → 인산화의 순서로 진행되지만,
이노시베에서는 **수산화 → 탈탄산 → 메틸화 → 인산화**로 순서가 완전히 바뀌었다.
- 따라서 두 버섯은 **“공통 반응이 하나도 없이”** 같은 결과(필로사이빈)에 도달했다.[1]
3. **가지 친 대사 경로**
- 이노시베 경로는 중간 생성물 **베오시스틴(baeocystin)** 을 최종 산물로도 만든다.
- 이는 사일로사이베에서는 중간체로만 존재하지만, 이노시베에서는 **독립적인 종결산물**이 되었다.[1]
4. **두 개의 메틸전달효소 발견(IpsM1, IpsM2)**
- 사일로사이베에는 하나만 있는 메틸전달효소가 이노시베에는 두 개 존재했다.
- 이 두 효소가 협력하며 서로 다른 메틸화 단계를 담당하는 **분업 체계**임이 확인되었다.[1]
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### 고찰
이 연구는 **“수렴진화(convergent evolution)”** 의 전형적인 사례이다.
즉, 유전적으로나 생화학적으로 전혀 다른 두 버섯이 **같은 환경적 필요성이나 선택압**에 의해 독립적으로 동일한 화합물(필로사이빈)을 합성하게 된 것이다.
이는 자연계에서 매우 드물게 관찰되며, 특히 **같은 버섯목(Agaricales)** 내에서 이런 현상이 나타난 것은 처음이다.[1]
연구팀은 이러한 현상이 버섯의 생태적 역할과 관련이 있다고 추정한다.
필로사이빈은 포식 곤충의 행동을 조절하거나, 손상된 균사체를 보호하기 위한 **방어물질**로 작용했을 가능성이 제시되었다.
따라서 사일로사이베와 이노시베가 각각 다른 환경—하나는 부식성(썩은 숲·분변), 다른 하나는 공생성(식물 뿌리)—속에서 비슷한 생존 전략을 진화시켰을 가능성이 높다.[1]
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### 연구 의의와 시사점
1. **필로사이빈 생산 효소의 새로운 자원 확보**
- 이노시베 경로에서 밝혀진 ips 효소들은 기존 psi 효소와 작용 기전이 다르므로,
향후 **합성생물학적으로 더 효율적인 필로사이빈 생산 시스템** 개발에 활용될 수 있다.[1]
2. **자연에서의 ‘이중 발명’ 사례 규명**
- 동일한 화합물을 서로 다른 생화학 경로로 만든 것은, 생명체가 어떻게 **다양한 방법으로 같은 목적을 달성**하는지를 보여주는 흥미로운 예시다.[1]
3. **정신의약 연구의 기반 확장**
- 임상적으로 유망한 필로사이빈의 산업적 생산을 위한 **지속 가능한 바이오 경로 설계**에 큰 도움을 줄 수 있다.[1]
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### 왜 이 연구가 중요한가
자연은 동일한 화합물을 여러 방식으로 만들어낼 수 있다. 이 연구는 바로 그 “어떻게”를 실험적으로 증명한 첫 사례이다.
필로사이빈 합성 경로의 다양성을 밝힘으로써, 앞으로 인간이 이 물질을 **보다 안전하고 친환경적으로 생산할 길**을 열었으며,
동시에 생명 진화의 깊은 창의성을 보여준 획기적인 연구로 평가된다.[1]
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| 출처: @ye._.vely618 |
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