毒蘑菇“毒素合成”背后的秘密

　　 野生蘑菇可能含有毒素不能亂吃已經成為常識，而世界上最毒的蘑菇隱藏于鵝膏、盔孢傘和環柄菇三個屬中。事實上，早在一百多年前人們就已發現，上述三個屬中的劇毒蘑菇之間的親緣關系較遠，分別隸屬分類學中三個不同的科，但卻都能合成同一類毒素：鵝膏毒肽。但是，“鵝膏毒肽生產線”如何進化而來一直是個謎題。

　　近日，中科院昆明植物所東亞植物多樣性與生物地理學重點實驗室真菌地衣多樣性與適應性進化團隊揭開了謎底，合成“鵝膏毒肽”的機制大大出乎想象。中科院昆明植物所副研究員羅宏告訴《中國科學報》記者：“令人毛骨悚然的鵝膏毒肽并非這些蘑菇‘原創’，而是從一個無親緣關系的古老蘑菇那里‘借’來的。”

　　“草船借箭”生產毒素

　　鵝膏在科學研究上有著重要貢獻，某些可食用鵝膏和劇毒鵝膏在外觀上極其相似，難以區分，是造成中毒事件的重要原因。

　　與青霉生產青霉素一樣，鵝膏也有多個基因組成“毒素生產線”，用于合成最毒的蘑菇毒素“鵝膏毒肽”。毒素對蘑菇非常有用，可以保護蘑菇不受動物的傷害，這樣它的種子才能成熟并傳播。居住在同一環境中的生物，可以直接交換基因和DNA，這一過程稱作基因水平轉移。人體中有很多DNA序列來自病毒，也是基因水平轉移導致的。

　　“這些劇毒蘑菇正是借助這一方法，將對它們有利的毒素基因‘山寨’了一份，加入到自己的基因中去，就好比‘草船借箭’，瞬間就將自己武裝了起來。其他生物也許要花費幾萬年才能進化來的技能，這些蘑菇則得來全不費工夫。”羅宏說。

　　研究還發現，“借箭”是從環柄菇到盔孢傘再到鵝膏分步驟實現的。鵝膏雖然最后才獲得這一毒素合成“秘方”，但卻通過基因改良進化出了合成新毒素的能力，因此其毒性超過了盔孢傘和環柄菇，成了當之無愧的“毒王”，90%蘑菇中毒致死事件都與它有關。

　　一波三折的探索之旅

　　羅宏告訴記者，鵝膏毒素合成機制的發現是近八九年的事情。“一開始大家認為所有的真菌環肽都是通過非核糖體肽合成途徑完成的，不是由基因直接編碼，而是先由生物體合成巨大的蛋白和酶，再將游離的氨基酸拼接在一起，但實驗證明這個思路在鵝膏中行不通。”羅宏說。

　　正當科研走入了“死胡同”，基因組測序開辟了新的方向。羅宏表示，基因組測序出來后，科研人員并沒有找到原先設想的酶，“這時我們才意識到，鵝膏環肽的合成途徑可能是基因直接編碼的”。

　　研究思路確定后，羅宏和研究團隊花了十年的時間，從不同角度和方法研究相關的科學問題。這篇解析鵝膏毒肽演化機制的論文，在國際上首次報道了“鵝膏毒肽生產線”的演化歷史。

　　羅宏告訴記者，鵝膏、盔孢傘和環柄菇屬蘑菇的新鮮樣品很難采集，大多數實驗室都無法同時收集這三類蘑菇，但是昆明植物所在此方面有著得天獨厚的優勢。

　　“環柄菇很難采，它的生長有嚴格的緯度、溫度、海拔要求，例如內蒙古、新疆、甘肅這樣的北方地區才有生長。采集這些劇毒蘑菇時，我們的學生有時在生長地蹲點好幾周，才找到了樣品。”羅宏說。

　　羅宏在實驗中會經常處理劇毒蘑菇。他說：“實驗過程中不慎少量吞食劇毒蘑菇并不會致命，最危險的是提取毒素的時候會使用一些增加皮膚通透性的試劑，假如試劑沾到皮膚，再接觸了毒素，毒素就會以幾十倍的速度快速進入人體。”

　　即使面臨種種危險，研究團隊依然在科研上堅守初心，并不斷進行毒蘑菇科普工作。“頭上戴帽、腰間系裙、腳上還穿鞋的蘑菇不要吃”就是針對鵝膏屬劇毒種的總結提煉。

　　蘑菇中毒難以防控，患者常常也并不知道自己誤食了何種毒蘑菇，臨床診斷往往也會出現誤診現象。對此，羅宏說：“從吃完蘑菇到毒發，中間有12個小時假愈期。在傷害沒有發生的時候，可以通過大量輸液進行補水，保護肝臟和腎臟，同時稀釋并代謝毒素。鵝膏毒素高危地區，一定要經常備用護肝急救藥品，比如奶薊草保健品，及時使用可以顯著緩和病情。”

　　不斷揭示鵝膏毒肽生態功能

　　之前的研究已經證實，劇毒鵝膏大概在恐龍時代就已經出現，可以推測“借”基因給鵝膏的古老物種存在的時間更早。據推測，最古老的產鵝膏毒肽的蘑菇在進化的歷史長河中已經消失了，但這一“毒素生產線”在鵝膏、盔孢傘和環柄菇中得以保留，并在后代中傳遞下去，形成獨特的進化機制，幫助其適應了環境、生存并繁衍下去。

　　人類自古就有采集蘑菇的習俗，人口增加等因素導致這類活動日益頻繁，對于蘑菇生存的威脅與日俱增。“這也許無形中形成了一種自然選擇，加強了劇毒蘑菇的生存與競爭能力，這可能是導致近年來劇毒鵝膏入侵多地，造成中毒事件頻發的一個重要原因。”羅宏說。

　　鵝膏研究中人們早已發現：鵝膏合成的環肽并不都是毒素，其中有一個還是“抗毒素”，可以抵消毒素的損傷，保護生物體。

　　事實上，鵝膏屬蘑菇在形成劇毒的這一支之前，種類并不多。但當它與樹木共生產生毒素之后，迅速繁衍了一系列新種。

　　“這是爆炸性的增長，我們猜想一定與新的環肽有關系。為了提高生存能力，它進行了功能細分，不僅要打敗微生物，還要產生信號分子、提供抗生素，因此鵝膏毒肽的生態功能還要不斷進行研究才能揭秘。”羅宏說。