Mutacje i spontaniczne warianty w grzybni Psilocybe cubensis — co naprawdę wiemy?

Genome Psilocybe cubensis mieści się w zaledwie 46,6 megabasach DNA. Na pierwszy rzut oka to niewiele — dla porównania ludzki genom liczy ponad 3000 megabaz. A jednak w tej stosunkowo skromnej sekwencji kryje się zdolność do generowania wariantów morfologicznych o spektakularnej różnorodności: od owocników przypominających mózg koralu, przez osobniki pozbawione barwnika, po linie o głęboko zmodyfikowanej architekturze biochemicznej. Skąd bierze się ta różnorodność? Co wiadomo z nauki, a co wciąż pozostaje hipotezą? I dlaczego zrozumienie genetyki P. cubensis jest istotne dla każdego, kto poważnie interesuje się mykologią?

Czym jest genom Psilocybe cubensis?

Pierwszą wysokiej jakości sekwencję genomu Psilocybe cubensis — na materiale ze szczepu Penis Envy — opublikował w 2021 roku Kevin McKernan i współpracownicy (F1000Research, NCBI BioProject: PRJNA687911). Wyniki były jednoznaczne: 46,6 Mb, zawartość GC na poziomie 46%, 32 kontigi z N50 równym 3,3 Mb, łącznie 13 478 zaannotowanych genów.

Centralnym elementem genomu jest biosyntyczny klaster genów psylocybiny (z ang. psilocybin biosynthetic gene cluster, BGC). Klaster ten obejmuje cztery geny rdzeniowe kodujące enzymy przekształcające aminokwas tryptofan w psylocybinę oraz piąty gen o niejasnej jeszcze funkcji transporterowej:

• PsiD — dekarboksylaza tryptofanu, pierwszy krok szlaku
• PsiK — kinaza, fosforyluje pośredni metabolit
• PsiH — hydroksylaza P450, wprowadza grupę hydroksylową
• PsiM — metylotransferaza, katalizuje ostatnie etapy metylacji
• PsiT — przypuszczalny transporter metabolitów (funkcja niepotwierdzona)

Łączna długość regionu klastra wynosi 11–22 kilobaz, w zależności od gatunku. Geny te nie są rozmieszczone losowo po genomie — ich bliskie sąsiedztwo umożliwia skoordynowaną ekspresję, co jest charakterystyczne dla grzybowych klasterów wtórnych metabolitów, podobnie jak ma to miejsce w przypadku klastra genów penicyliny.

Dwa wzorce kolejności genów w rodzaju Psilocybe

Badanie filogenetyczne z 2024 roku (Vieira i in., PNAS, DOI: 10.1073/pnas.2311245121), obejmujące 52 gatunki Psilocybe, ujawniło istnienie dwóch odrębnych wzorców kolejności genów w klastrze:

• Wzorzec kanoniczny: PsiD → PsiM → PsiH → PsiK — charakterystyczny dla P. cubensis i P. serbica (klad II, 17 okazów)
• Wzorzec niekanoniczny: PsiD → PsiK → PsiH → PsiM — stwierdzony u 35 okazów z kladu I

Co istotne, gen PsiH wykazuje u niektórych gatunków duplikację — dwie kopie obecne tandemowo na tym samym kontigu. Mechanizm biologiczny tej duplikacji i jej konsekwencje dla szlaku biosyntezy pozostają przedmiotem badań.

Mechanizmy mutacji w grzybni

Grzyby, w odróżnieniu od organizmów z jednym jądrem komórkowym, wykazują unikalną cechę: ich strzępki (hyfy) mogą zawierać wiele jąder komórkowych jednocześnie. W przypadku P. cubensis mamy do czynienia z organizmem dikaryotycznym — po fuzji dwóch niezgodnych genetycznie strzępek każda komórka zawiera dwa jądra o odmiennym genotypie. Ten stan utrzymuje się aż do momentu formowania się owocnika.

Konsekwencją tego układu jest to, że mutacje mogą pojawić się i być propagowane w obrębie samej grzybni, zanim jeszcze dojdzie do wytworzenia owocnika. Obserwowane spontaniczne zmiany w wyglądzie strzępek — odmienne rozgałęzienie, zmiana morfologii mycelium, odbarwienie — mogą być pierwszym widocznym przejawem mutacji zachodzącej właśnie na tym poziomie.

Typy mutacji biologicznych

Na poziomie molekularnym mutacje w DNA grzybów dzielą się na kilka kategorii:

Punktowe (SNP) — zamiana jednej pary zasad. W genomie PE zidentyfikowano 553 716 wariantów (w tym 471 443 SNP) w stosunku do porównywanego szczepu, co odpowiada jednemu SNP na około 99 par zasad (McKernan et al. 2021). Większość z tych różnic jest neutralna ewolucyjnie.

Insercje i delecje (indel) — wstawienie lub usunięcie fragmentu sekwencji. Przykładem jest wstawka 4,6 kb w genie PsiM u szczepu Penis Envy, opisana szczegółowo poniżej.

Duplikacje — kopiowanie fragmentu sekwencji lub całego genu. Wspomniana duplikacja PsiH w niektórych liniach Psilocybe jest przykładem duplikacji genu.

Reorganizacje strukturalne — zmiana kolejności lub orientacji fragmentów chromosomów. Dwa wzorce kolejności genów klastra (kanoniczny vs niekanoniczny) mogą odzwierciedlać właśnie tego typu zdarzenia ewolucyjne.

Czynnikami środowiskowymi, które w warunkach naturalnych mogą zwiększać częstość mutacji, są ekstremalnie wysokie lub niskie temperatury, promieniowanie ultrafioletowe, obecność mutagenów chemicznych oraz deficyty lub nadmiar składników odżywczych. W warunkach laboratoryjnych analogiczne bodźce są czasem stosowane celowo w celu indukcji zmienności.

Wstawka 4,6 kb w genie PsiM — przypadek Penis Envy

Penis Envy to jeden z najbardziej rozpoznawalnych szczepów P. cubensis, charakteryzujący się masywnym trzonem, małym kapeluszem i słabo wykształconym welonem. Anegdotyczna historia jego powstania wiąże ten szczep z obserwacjami terenu amazońskiego w latach 70. XX wieku i późniejszą izolacją przez dr. Stevena Pollocka, jednak łańcuch dowodów pozostaje niepełny i w dużej mierze opiera się na relacjach środowiskowych.

Genomicznie PE jest natomiast dobrze udokumentowany. W badaniu McKernana (2021) wykazano, że gen PsiM (metylotransferaza N) zawiera wstawkę 4,6 kb wydłużającą koniec 3′ genu — strukturę nieobecną w innych zbadanych liniach P. cubensis. Autorzy precyzyjnie zaznaczają, że biologiczne znaczenie tej wstawki pozostaje nieznane i wymaga dalszych badań. Hipoteza o związku tej zmiany z wyższą zawartością alkaloidów jest możliwa, lecz niezweryfikowana — istnieje co najmniej tyle samo podstaw, by łączyć wyższe stężenia ze zmianami w PsiK lub polimorfizmami w szlaku recyklingu SAM.

Warto dodać, że heterozygotyczność genomu PE jest wysoka: 67,9% zidentyfikowanych wariantów miało charakter heterozygotyczny, co odzwierciedla dikaryotyczny charakter organizmu i utrudnia jednoznaczne wnioskowanie o funkcji poszczególnych alleli.

Enigma — mutacja zatrzymanego różnicowania

Enigma to wariant P. cubensis, który nie wytwarza standardowej morfologii grzyba. Zamiast trzonu i kapelusza formuje gęste, koralowate lub mózgowate masy tkanki. Mechanizm biologiczny opisany przez badaczy i hodowców jest następujący: primordia (zawiązki owocników) nie przechodzą normalnego różnicowania w poszczególne tkanki, lecz pozostają w stanie niezróżnicowanego wzrostu wegetatywnego, formując coraz większe skupiska.

Enigma nie wytwarza zarodników — jest biologicznie bezpłodna. Może być propagowana wyłącznie przez klonowanie tkanek. Z tego powodu każda kultura Enigma stanowi klon pierwotnej mutacji.

Genetyczne tło Enigmy wywodziło się z hybrydyzacji Tidal Wave (B+ × Penis Envy). Mutacja blob — jak określa ją środowisko mykologów — pojawiła się spontanicznie w tej linii i została następnie utrwalona przez izolację tkankową. W 2021 roku Enigma (lub jej bliski krewniak, Tidal Wave 2) zwyciężyła w Oakland Hyphae Psilocybin Cup.

Albinizm i leucyzm — dwa różne mechanizmy odbarwienia

W kulturze mykologicznej terminy „albino” i „leucystyczny” są często stosowane wymiennie. Biologia rozróżnia je precyzyjnie, co ma realne konsekwencje dla stabilności genetycznej linii.

Leucyzm

Leucyzm polega na częściowej utracie zdolności do ekspresji barwnika w tkankach kapelusza i trzonu, przy jednoczesnym zachowaniu pełnej pigmentacji zarodników. Zarodniki leucystycznego P. cubensis są ciemnopurpurowo-brunatne, identyczne jak u typowych linii pigmentowanych.

Na poziomie molekularnym leucyzm jest najczęściej poligeniczny — wynika z oddziaływania wielu genów kontrolujących rozwój i migrację komórek pigmentowych. Przykładem szczepów leucystycznych jest Albino Penis Envy (APE): pomimo nazwy i białego zabarwienia owocnika, APE zachowuje pigmentowane zarodniki, co klasyfikuje go jako leucystyczny, nie prawdziwy albinos.

Prawdziwy albinizm

Albinizm oznacza całkowitą utratę pigmentacji — zarówno w tkankach, jak i w zarodnikach. Zarodniki prawdziwych albinosów są bezbarwne lub białe. Albinizm jest typowo monogeniczny i wiązany z mutacjami w genach szlaku tyrozynazy (tyr2 i pokrewnych enzymów syntezy melaniny).

Przykładem prawdziwego albinosa jest True Albino Teacher (TAT) — linia wywodząca się z Golden Teachera, izolowana w środowiskach mykologicznych w okolicach 2017–2018. TAT wytwarza białe owocniki z bezbarwnymi zarodnikami. Termin „true albino” upowszechnił się właśnie jako odpowiedź na błędne etykietowanie linii leucystycznych jako albinosów.

Stabilizacja linii — metody i ograniczenia

Obserwacja fenotypowo interesującego wariantu to dopiero pierwszy krok. Mykologiczne utrwalenie cechy wymaga powtarzalności i stabilności genetycznej, co w dikaryotycznych, wielojądrowych organizmach jest zadaniem nietrywialnym.

Izolacja tkankowa

Najpowszechniejsza metoda propagacji mutantów opierająca się na klonowalności grzybni. Przez przeniesienie fragmentu tkanki na pożywkę agarową (np. PDA, MEA) utrwala się dokładnie ten sam genotyp, bez ryzyka rekombinacji genetycznej, która towarzyszy rozmnażaniu płciowemu przez zarodniki.

Izolacja z pojedynczego zarodnika

Technika polegająca na wyizolowaniu pojedynczego zarodnika i obserwacji wyrosłej z niego grzybni. Pozwala uzyskać kultury o ograniczonej zmienności wewnętrznej. W kontekście P. cubensis — organizmu dikaryotycznego — pojedynczy zarodnik zawiera haploidalny jądro, a po kiełkowaniu i fuzji z innym haploidem tworzy nowego dikaryona. Oznacza to, że cechy widoczne u rodziców mogą, ale nie muszą, ujawnić się w potomstwie — w zależności od dominantności/recesywności alleli.

Selekcja fenotypowa

Wybieranie osobników o pożądanym wyglądzie i ich konsekwentna propagacja — metoda najstarsza, niewymagająca sprzętu molekularnego, lecz wymagająca cierpliwości i wielu pokoleń obserwacji.

Banki genetyczne

Długoterminowe przechowywanie grzybni na podłożach agarowych, w glicerolu w temperaturze -80°C lub w formie liofilizatów. Chroni hodowcę przed utratą cennego genotypu na skutek zanieczyszczeń lub wypadków laboratoryjnych.

Co wciąż nieznane?

Mimo postępu genomicznego ostatnich lat, P. cubensis pozostaje gatunkiem stosunkowo słabo poznanym w warstwie funkcjonalnej. Kilka kluczowych pytań czeka na odpowiedź:

Biologiczne znaczenie wstawki 4,6 kb w PsiM u szczepu PE nie zostało wyjaśnione. Hipoteza o związku z wyższym stężeniem alkaloidów jest spekulatywna bez danych ekspresyjnych i enzymatycznych.

Funkcja genu PsiT (transportera) pozostaje niepotwierdzona. Jego rola w eksporcie lub sekwestracji metabolitów wymaga dalszych badań biochemicznych.

Ewolucja klastra poprzez horyzontalny transfer genów (HGT) między odległymi gatunkami grzybów (Psilocybe, Panaeolus, Gymnopilus, Pholiotina) jest udokumentowana filogenetycznie, jednak kierunek i chronologia tych transferów nie są w pełni rozstrzygnięte.

Relacja między genotypem a zawartością alkaloidów w poszczególnych szczepach P. cubensis jest znana tylko fragmentarycznie — badania ilościowe alkaloidów (Gotvaldová et al. 2021, Goff et al. 2024) wykazują znaczną zmienność wewnątrzszczepu, której przyczyny genetyczne nie są w pełni wyjaśnione.

Znaczenie edukacyjne obserwacji grzybni

Zestaw kolekcjonerski Psilocybe cubensis, obserwowany podczas kolonizacji podłoża, może ujawniać cechy morfologiczne grzybni, które odzwierciedlają genetyczną historię danej linii. Zmiana struktury mycelium — inne rozgałęzienie strzępek, modyfikacja wzorca wzrostu, nieoczekiwana barwa — jest obserwacją biologicznie wartościową i stanowi punkt wyjścia do głębszego zainteresowania genetyką grzybów.

Obserwacja ta ma charakter wyłącznie naukowy i edukacyjny. Każda grzybnia kolekcjonerska pozwala badać dynamikę wzrostu, morfologię dikaryotycznego mycelium i biologię rozmnażania grzybów bez konieczności angażowania się w jakiekolwiek niezgodne z prawem działania.

Informacja prawna

Produkty Mykoloszki mają charakter wyłącznie kolekcjonerski i edukacyjny. Psilocybe cubensis wytwarza psylocybinę — substancję kontrolowaną, której uprawa jest nielegalna w Polsce i wielu innych krajach. W momencie pojawienia się pierwszych oznak primordiów (zawiązków owocników) należy niezwłocznie zaprzestać obserwacji i zniszczyć zestaw poprzez zalanie substratu wrzątkiem lub środkiem grzybobójczym. Mykoloszka nie udziela porad dotyczących uprawy substancji nielegalnych i nie ponosi odpowiedzialności za użytkowanie produktów w sposób niezgodny z obowiązującym prawem.

FAQ

Czy wszystkie szczepy P. cubensis mają identyczny klaster genów psylocybiny? Nie. Badanie filogenetyczne z 2024 roku (Vieira i in., PNAS) wykazało dwa odrębne wzorce kolejności genów klastra w rodzaju Psilocybe. Ponadto poszczególne linie mogą różnić się obecnością duplikacji genu PsiH oraz wariantami sekwencji w obrębie genów rdzeniowych.

Czym różni się mutacja szczepu Enigma od typowej zmienności fenotypowej? Typowa zmienność fenotypowa wynika z różnic w ekspresji genów lub drobnych polimorfizmów. Enigma reprezentuje mutację zatrzymanego różnicowania — strzępki nie przechodzą normalnego procesu formowania owocnika i pozostają w stanie niezróżnicowanego wzrostu. Skutkiem jest całkowita bezpłodność (brak zarodników) i konieczność propagacji wyłącznie przez klonowanie.

Czy wszystkie „albino” szczepy są naprawdę albinoidalne? Nie. Większość popularnych „albino” szczepów P. cubensis (w tym APE — Albino Penis Envy) jest w rzeczywistości leucystyczna: owocniki są białe, ale zarodniki zachowują normalną ciemnopurpurową barwę. Prawdziwe albiny — jak True Albino Teacher (TAT) — wytwarzają bezbarwne zarodniki i są genetycznie odmienne.

Czy mutacje w genie PsiM bezpośrednio powodują wyższą zawartość psylocybiny? To hipoteza, nie potwierdzony fakt naukowy. McKernan i in. (2021) opisali wstawkę 4,6 kb w genie PsiM u szczepu PE i zaznaczyli, że biologiczne znaczenie tej zmiany strukturalnej wymaga dalszych badań. Wyższe stężenia alkaloidów u PE mogą wynikać z kombinacji wielu czynników genetycznych.

Czy obserwując grzybnię kolekcjonerską, można zauważyć mutacje? Tak, w sensie fenotypowym. Zmiana morfologii strzępek, wzorca kolonizacji lub barwy mycelium może sygnalizować modyfikację genetyczną. Obserwacje te mają wartość edukacyjną i naukową — stanowią ilustrację procesów, które w profesjonalnych laboratoriach mykologicznych prowadzą do odkrycia nowych wariantów.

Źródła

1. McKernan K. et al. (2021). A draft reference assembly of the Psilocybe cubensis genome. F1000Research, 10, 281. DOI: 10.12688/f1000research.51613.2. NCBI BioProject: PRJNA687911.
2. Vieira G. et al. (2024). Phylogenomics of the psychoactive mushroom genus Psilocybe and evolution of the psilocybin biosynthetic gene cluster. PNAS, 121(3). DOI: 10.1073/pnas.2311245121.
3. Reynolds H.T. et al. (2018). Horizontal gene cluster transfer increased hallucinogenic mushroom diversity. Evolution Letters, 2(2), 88–101. DOI: 10.1002/evl3.42. PMC: PMC6121855.
4. Fricke J. et al. (2017). Enzymatic synthesis of psilocybin. Angewandte Chemie, 56(40), 12352–12355. DOI: 10.1002/anie.201705489.
5. Hudspeth P. et al. (2024). [Biosynthetic pathway of psilocybin, przegląd]. Cytowany w: PMC11856550 (Exploring Psilocybe cubensis Strains).
6. Goff J. et al. (2024). Analiza zawartości tryptamin w szczepach P. cubensis. Analytica Chimica Acta.
7. PMC11856550: Exploring Psilocybe cubensis Strains: Cultivation Techniques, Psychoactive Compounds, Genetics and Research Gaps. (2025). Dostępne: https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC11856550/