植物中三种生物类群共同完成迷幻色胺的全程合成

本文报道了一项突破性研究：科学家首次在植物中完整揭示了N,N-二甲基色胺（DMT）的生物合成途径。研究团队从两种天然产DMT的植物——中美洲的裸萼木（Psychotria viridis）和澳大利亚的尖叶金合欢（Acacia acuminata）中，分别鉴定出关键酶——色氨酸脱羧酶（TDC）和N-甲基转移酶（NMT）。这些酶不仅可高效合成DMT，还具有‘广谱底物兼容性’，能以多种色胺类前体（如血清素、5-羟色胺等）为原料，批量生成包括裸盖菇素（psilocin）、蟾毒色胺（bufotenin）、5-甲氧基-DMT（5-MeO-DMT）在内的5种著名天然迷幻物质。研究人员将这些植物酶，与来自蘑菇、蟾蜍、水稻和拟南芥的已知功能酶组合，借助农杆菌瞬时转化技术，在模式植物本氏烟（Nicotiana benthamiana）叶片中成功重建了全部5条跨生物界（植物界、真菌界、动物界）的迷幻分子合成通路。整个过程无需额外添加中间体，完全依赖植物自身色氨酸池。为进一步提升产量，团队利用AlphaFold3人工智能模型精准预测酶-底物结合结构，理性设计出一个单点突变（A160G）的改良版咖啡酸O-甲基转移酶（AtCOMTA160G），使5-MeO-DMT产量提高40倍。此外，研究还首次在植物中实现了含氯、含溴等卤素修饰的新型迷幻分子（如7-氯-DMT、6-氯裸盖菇素）的从头合成，拓展了药物化学空间。该平台不仅规避了传统方式（野外采挖蟾蜍、采摘毒蘑菇、化学合成）带来的生态破坏、伦理争议与工艺复杂问题，而且所产裸盖菇素浓度已达到天然蘑菇水平。未来通过优化酶表达量、调控代谢流及开发稳定转基因植株，有望实现规模化、绿色化生产，为抑郁症、创伤后应激障碍（PTSD）等精神疾病提供更可及、更可持续的新型治疗分子来源。