(微生物)代謝

1、 藥藥源微生物源微生物 一、微生物作為藥源的優(yōu)點(diǎn) (1) 代謝類型多樣化，生長(zhǎng)繁殖速度驚人。既能提供多樣化的產(chǎn)品，又適于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。微生物的培養(yǎng)完全可以在人工控制條件下進(jìn)行，不受天氣等因素的影響。 (2) 種源豐富。目前人們還不知道微生物的種類究竟有多少。據(jù)估計(jì)，所知道的放線菌(約3000種)僅占實(shí)有數(shù)的10一20。真菌可能有150萬(wàn)種，描述的不到5。微生物是一類種類繁多的可再生的資源，是最豐富的遺傳基因庫(kù)。對(duì)微生物資源的開發(fā)，不存在“過(guò)度”問(wèn)題，也不會(huì)因開發(fā)造成原產(chǎn)地環(huán)境惡化的問(wèn)題。 (3) 變異性大。對(duì)高等動(dòng)、植物而言, 微生物的變異性大得多。這就為人們改造它們提供更大的可能。例如最

2、初從微生物找到青霉素時(shí)，其產(chǎn)量不到萬(wàn)分之一，經(jīng)過(guò)人們的改造，現(xiàn)已達(dá)到5以上，產(chǎn)量提高500多倍。因而應(yīng)用微生物來(lái)生產(chǎn)藥物有望大幅度降低生產(chǎn)成本，適應(yīng)工業(yè)化需求。(4) 遺傳簡(jiǎn)單，便于調(diào)控。(5) 對(duì)微生物資源的研究與開發(fā)比動(dòng)植物晚。目前對(duì)微生物資源的開發(fā)還處于相對(duì)的起步階段，且零星、分散、不成體系.(6) 潛力大，開發(fā)前景廣闊。微生物種類繁多，生存環(huán)境又極為多樣化，在高等動(dòng)植物無(wú)法生存的地方(如高溫，低溫，酸堿，放射線等環(huán)境)，微生物都能生長(zhǎng)，這就決定了微生物的代謝類型極端多樣化。這種極端多樣化的代謝類型本身和極其多樣化的代謝產(chǎn)物都完全可以被人類利用。 生物資源三大支柱，動(dòng)物、植物、微生物,

3、微生物是一類與動(dòng)植物資源不同的、開發(fā)前景廣闊的生物資源，為篩選高效低毒藥物提供極大的可能性。 當(dāng)前微生物藥物的研發(fā)熱點(diǎn)已經(jīng)從尋找新的抗細(xì)菌、抗真菌物質(zhì)轉(zhuǎn)向了具備廣泛活性的生理活性物質(zhì)，其產(chǎn)生菌也從放線菌占絕對(duì)主導(dǎo)到放線菌與真菌并重的狀況。 二、藥源微生物具有多樣性，是新藥篩選的重要來(lái)源。1. 放線菌: 微生物來(lái)源的生物活性天然化合物70 由放線菌產(chǎn)生，是已發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生微生物藥物最多，也是藥物研究最多的生物類群鏈霉菌屬Streptomyces小單孢菌屬M(fèi)icromonospora諾卡氏菌屬Nocardia稀有放線菌：游動(dòng)放線菌屬，糖多孢菌屬等。2. 細(xì)菌：芽孢桿菌屬Bacillus假單胞桿菌屬Pse

4、udomonas粘細(xì)菌Myxobacteria：堆囊菌屬Sorangium3. 真菌青霉屬Penicillium曲霉屬Aspergillus頭孢菌屬Cephalosporium大型真菌 三、重要的藥源微生物類群及應(yīng)用（一）放線菌Actinomycetes1、分布： 主要分布在土壤，淡水和海洋環(huán)境也可發(fā)現(xiàn)大量放線菌。2、應(yīng)用放線菌中發(fā)現(xiàn)的生物活性次級(jí)代謝產(chǎn)物包括如下幾個(gè)組群：（1）聚酮類（polyketides）：由乙酸和丙二酸縮合而成，如抗腫瘤的蒽醌類(Anthracyclines)、抗細(xì)菌的四環(huán)素、抗菌抗蟲的大環(huán)內(nèi)酯（2）氨基環(huán)醇類（aminocyclitols）又稱為氨基糖苷類（amino

5、glycosides）：主要由鏈霉菌和小單孢菌產(chǎn)生，OCH2NH2OHHOOH2NOHH2NH2NOROHHORNH2OHOH2COOHO1522R1 = HR2 = CH2NH2CH OH2ONH2HO1R CHHO2OOOHHOO2RHO1R = NH ,2H N22R = OHNH2CH3OH N2HOOCCHNNHOHOOHHOOHOHNH2N5ONHOOCONHNH2CONHH NN2Me 鏈霉素（streptomycin）新霉素（neomycin） 卡那霉素（kanamycin） 春日霉素（kasugamycin）（3）多肽類（peptides）： 抗腫瘤的糖肽dalbahepti

6、des、 -內(nèi)酰胺、肽酶抑制劑、免疫調(diào)節(jié)劑等多肽類化合物。（4）核苷類（nucleosides）： 由鏈霉菌屬產(chǎn)生約200多種，僅少部分應(yīng)用，主要在農(nóng)業(yè)上。 殺稻瘟菌素S（blasticidin S） 防治水稻稻瘟病OCOOHCH OHHN2CONONCH NH2OOHOHO1HNR2R OCONCONHCHOH N23RHOOHOHCH OOCNH221R=CH OH2HCOOH2R=N3R=OH多氧霉素（polyoxins）對(duì)植物真菌病害有廣泛活性。NH2NHOHCOOH21RCHCH CONHCH CHCONHCHCONHCH(CH )222 3NH22CHCHCH CONHCH CON

7、H(CH ) NH(CH )NHR222 32 4OH12A , R = OH, R = H112B , R = OH, R = C(NH ) NH1212D, R = R = H12F, R = H, R = C(NH ) NH2（二）芽孢桿菌屬（Bacillus）1、分布 主要存在土壤中，以腐生方式生活，但炭疽芽孢桿菌是人類致病菌，蘇云金芽孢桿菌是昆蟲致病菌。2、應(yīng)用（1）酶制劑：主要工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域是酶制劑生產(chǎn)，可產(chǎn)生水解酶活力的胞外蛋白。 堿性蛋白酶Subtilisin每年上百噸產(chǎn)品用于洗滌劑工業(yè)。 淀粉酶用于食品、釀造工業(yè)。 纖維素酶、木聚糖酶用于各種廢棄物的轉(zhuǎn)化。（2）生物殺蟲劑：Bt

8、（蛋白質(zhì)毒素）（3）多肽類藥物：與蛋白質(zhì)的差別在于分子量較小和特殊的組成,如D-型氨基酸、環(huán)化氨基酸、脂肪酸等、以及單一的合成途徑，即通過(guò)一個(gè)多酶復(fù)合物系統(tǒng)而不是在核糖體上。作用機(jī)制多種多樣： 伊短菌素（edeines）具有抑制多核苷酸的功能； 桿菌肽（bacitracin）損害黏肽的合成； 短桿菌肽（gramicidins）干擾細(xì)胞核功能。DPheH isDA spA snL ysXDO rnYDG luL euONSN H2R1A X = Y = Ile, R = C H3B1 X = Y = Ile, R = HB2 X = V al, Y = Ile, R = C H3B3 X = I

9、le, Y = V al, R = C H3D1 X = V al, Y = Ile, R = HD2 X = Ile, Y = V al, R = HD3 X = Y = V al, R = C H3E X = Y = V al, R = HB acitracin45OC H2N H2H OH2NO HO HH NOH2NOH O H2COO HO HCH2N C H2C H2HH OC O6 4 3 23 伊短菌素桿菌肽（4）非肽類藥物： 氨基糖苷類： 丁酰苷菌素（butirosin）（5）抑制真菌毒素產(chǎn)生的活性物質(zhì)-內(nèi)酯類化合物：SQ-276（三）假單胞桿菌屬（Pseudomonas）

10、1、分布 可從非常惡劣的環(huán)境中分離到，主要在土壤中，具有極強(qiáng)的降解有機(jī)物，尤其是芳香簇化合物的能力。 2、應(yīng)用： 環(huán)絲氨酸（cycloserine）和磷霉素：黏肽合成抑制劑 硝基咪唑（氮霉素、azomycin）：抗原蟲 硝吡咯菌素（pyrrolnitrin）：廣泛的抗真菌活性，用于表皮感染的局部治療，由硝吡咯假單胞桿菌和熒光假單胞桿菌產(chǎn)生。（四）、曲霉屬（Aspergillus）1、分布：廣泛分布在谷物、空氣、土壤和各種有機(jī)物 品上。 2、應(yīng)用 曲霉與人類的生活有著密切的聯(lián)系。 2000 多年前，我國(guó)就用于制醬，也是釀酒、制醋曲的主要菌種?，F(xiàn)代工業(yè)利用曲霉生產(chǎn)各種酶制劑 ( 淀粉酶、蛋白酶、果

11、膠酶等 ) 、有機(jī)酸 ( 檸檬酸、葡萄糖酸、五倍子酸等 ) ，農(nóng)業(yè)上用作糖化飼料菌種。 曲霉還產(chǎn)生大量的聚酮類化合物，都是乙酸鹽丙二酸鹽的衍生物， 曲霉產(chǎn)生的唯一商業(yè)化的聚酮類化合物是洛伐他汀（Lovatatin），由土曲霉（A.terreus）產(chǎn)生，為膽固醇合成抑制劑。 曲霉還可產(chǎn)生萜類化合物和氨基酸衍生物.(五)、青霉屬（Penicillium）1、分布 青霉與曲霉十分接近，分布極為廣泛，常生長(zhǎng)在腐爛的柑桔皮上呈青綠色。2、應(yīng)用青霉屬中有工業(yè)上經(jīng)濟(jì)價(jià)值很高的菌種，有些青霉能產(chǎn)生有機(jī)酸，如檸檬酸、延胡索酸、草酸、葡萄糖酸等。有的青霉菌還用于生產(chǎn)磷酸二酯酶、纖維素酶等酶制劑。 最重要的是產(chǎn)生抗

12、生素，如利用產(chǎn)黃青霉 (P.chrysogenum) 、點(diǎn)青霉生產(chǎn)的青霉素；由詹氏青霉（P. janczewskii ）和灰黃青霉（P.griseofulvum）產(chǎn)生的灰黃霉素是極少可以系統(tǒng)使用的抗真菌藥物。 藥物篩選的新熱點(diǎn)微生物藥物篩選的新熱點(diǎn)微生物1、稀有放線菌是產(chǎn)生微生物新藥的重要源泉、稀有放線菌是產(chǎn)生微生物新藥的重要源泉2、 黏細(xì)菌是一類值得關(guān)注的微生物新資源黏細(xì)菌是一類值得關(guān)注的微生物新資源3、從極端環(huán)境微生物中篩選微生物新藥、從極端環(huán)境微生物中篩選微生物新藥4、從海洋微生物中篩選微生物新藥、從海洋微生物中篩選微生物新藥5、從植物內(nèi)生菌中篩選微生物新藥、從植物內(nèi)生菌中篩選微生物新藥

13、l所謂的稀有放線菌（所謂的稀有放線菌（rare actinomycetes)即為除鏈霉菌屬外的其它屬的放線菌。即為除鏈霉菌屬外的其它屬的放線菌。 l到到1974年止，放線菌來(lái)源的抗生素幾乎都是由鏈霉年止，放線菌來(lái)源的抗生素幾乎都是由鏈霉菌屬產(chǎn)生的（約占菌屬產(chǎn)生的（約占2000種抗生素中的種抗生素中的95%）。但在）。但在隨后隨后6年的報(bào)導(dǎo)中，由放線菌產(chǎn)生的僅占年的報(bào)導(dǎo)中，由放線菌產(chǎn)生的僅占25%。l事實(shí)證明，稀有放線菌是發(fā)現(xiàn)新抗生素的極好來(lái)源事實(shí)證明，稀有放線菌是發(fā)現(xiàn)新抗生素的極好來(lái)源，它們產(chǎn)生各種不同抗生素的能力不亞于鏈霉菌屬，它們產(chǎn)生各種不同抗生素的能力不亞于鏈霉菌屬。同樣，細(xì)菌和霉菌也仍

14、是產(chǎn)生新的生理活性物質(zhì)。同樣，細(xì)菌和霉菌也仍是產(chǎn)生新的生理活性物質(zhì)的源泉，特別是近年來(lái)從霉菌的代謝產(chǎn)物中發(fā)現(xiàn)新的源泉，特別是近年來(lái)從霉菌的代謝產(chǎn)物中發(fā)現(xiàn)新的生理活性物質(zhì)的數(shù)目正在不斷增加。的生理活性物質(zhì)的數(shù)目正在不斷增加。 近年來(lái)從小單孢菌中發(fā)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)新穎的烯二炔類抗近年來(lái)從小單孢菌中發(fā)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)新穎的烯二炔類抗腫瘤抗生素腫瘤抗生素calicheamiciny1，由棘孢小單孢菌，由棘孢小單孢菌. echinosporaspcalichensis所產(chǎn)生，與腫瘤細(xì)胞作用時(shí)所產(chǎn)生，與腫瘤細(xì)胞作用時(shí),分子中烯分子中烯二炔部分起二炔部分起“分子核彈頭分子核彈頭”作用，三巰基部分起作用，三巰基部分起“扳機(jī)扳

15、機(jī)”作用作用，寡糖部分起，寡糖部分起“識(shí)別識(shí)別”作用，能選擇性地結(jié)合并切除雙作用，能選擇性地結(jié)合并切除雙鏈中的特定片段，如、和。鏈中的特定片段，如、和。 碳黑小單孢菌碳黑小單孢菌.carbonacea產(chǎn)生強(qiáng)效的抗耐甲氧西林金黃色葡萄球產(chǎn)生強(qiáng)效的抗耐甲氧西林金黃色葡萄球菌（菌（MRSA）的寡糖類抗生素）的寡糖類抗生素ziracin。對(duì)甲氧西林和萬(wàn)古霉素耐藥。對(duì)甲氧西林和萬(wàn)古霉素耐藥菌作用很強(qiáng)。雖已進(jìn)入菌作用很強(qiáng)。雖已進(jìn)入期臨床試驗(yàn)，但沒(méi)有獲得批準(zhǔn)。期臨床試驗(yàn)，但沒(méi)有獲得批準(zhǔn)。 除產(chǎn)生抗生素外，小單孢菌還產(chǎn)生許多非抗生素的生物活性物質(zhì)。除產(chǎn)生抗生素外，小單孢菌還產(chǎn)生許多非抗生素的生物活性物質(zhì)。 游

16、動(dòng)放線菌游動(dòng)放線菌(Actinoplane sp.)ATCC 3076產(chǎn)產(chǎn) 生的抗細(xì)菌抗生素雷莫拉寧。生的抗細(xì)菌抗生素雷莫拉寧。 OOOO HO M eO HO M eO M ePhA bsoluteC onfiguration8132182011H糖肽類二、黏細(xì)菌二、黏細(xì)菌（Myxobacteria）是一類值得關(guān)注的微是一類值得關(guān)注的微生物新資源生物新資源1、分布 粘細(xì)菌在自然界中分布廣泛，是一類值得關(guān)注的微生物新資源2、應(yīng)用：粘細(xì)菌產(chǎn)生的生物活性物質(zhì)主要表現(xiàn)以下幾個(gè)方面的特點(diǎn)：種類多。包括芳香族，雜環(huán)類，醌類，大環(huán)類，聚醚類，多烯類，肽類化合物等。這一點(diǎn)與放線菌十分相似。1994年Schu

17、mmer等人還分離到一種含硼生物活性物質(zhì)tartrolons。結(jié)構(gòu)新。目前分離到的60多種基本結(jié)構(gòu)中，僅有3種是在其他微生物中報(bào)道過(guò)的。一株菌可以產(chǎn)生一種基本結(jié)構(gòu)的許多衍生物。Sorangium cellulosum So ce26可產(chǎn)生50多種soraphen的衍生物；OMeMeONNH NOCS2SMyxococcus fulvus (黃褐粘球菌) 產(chǎn)生的myxothiazole(黏噻唑菌醇)有35種不同衍生物，有關(guān)myxothiazole的文獻(xiàn)已有100多篇。OOOHR1OR2R3OHOR4SN21274R1 = H, R2 = R3 = R4 = CH3 菌株特異性強(qiáng)，而不是種或?qū)偬禺?/p>

18、性。目前粘細(xì)菌分類上已確定的僅有12個(gè)屬約40個(gè)種，但包含許多菌株。同種的不同菌株產(chǎn)生生物活性物質(zhì)的差異很大。 不同種、屬、或科的粘細(xì)菌有時(shí)也可產(chǎn)生相同的生物活性物質(zhì)。這為新結(jié)構(gòu)或新作用機(jī)制物質(zhì)的篩選提供了很好的微生物資源。 不同類別的多種生物活性物質(zhì)可由一個(gè)菌株同時(shí)產(chǎn)生。作用對(duì)象特別：粘細(xì)菌生物活性物質(zhì)有許多是作用于真核細(xì)胞，這一點(diǎn)在生物活性物質(zhì)產(chǎn)生菌中是比較特別的。 粘細(xì)菌產(chǎn)生大量各種各樣生物學(xué)活性和作用機(jī)制的次級(jí)代謝產(chǎn)物。 在原核生物中按已發(fā)現(xiàn)生物活性物質(zhì)的數(shù)量，粘細(xì)菌僅排在放線菌和芽孢桿菌之后。目前從粘細(xì)菌中已發(fā)現(xiàn)大約360多種生物活性物質(zhì)，約占微生物來(lái)源的總數(shù)的3.5%。 埃博霉素（

19、埃博霉素（Epothilones） 目前最受關(guān)注的是自1995年發(fā)現(xiàn)的由纖維堆囊菌產(chǎn)生的埃博霉素（Epothilones） ，為16元環(huán)多酮大環(huán)內(nèi)酯,含有一個(gè)噻唑基。埃博霉素與目前國(guó)際市場(chǎng)銷售量第一抗癌藥物紫杉醇在生物學(xué)上具有相似性，以同樣方式誘導(dǎo)微管蛋白多聚體形成超穩(wěn)定態(tài)，阻礙有絲分裂，阻止腫瘤細(xì)胞繁殖, 具有廣譜抗癌效果。OOHOPhNHCOPhOHHOHOHOAcAcO710OOOCPhH埃博霉素在許多方面優(yōu)于紫杉醇：1、它由微生物產(chǎn)生，具有通過(guò)微生物發(fā)酵大規(guī)模生產(chǎn)的潛力；2、水溶性更好； 3、分子量更小，結(jié)構(gòu)比紫杉醇簡(jiǎn)單，具有良好的化學(xué)修飾潛力；4、對(duì)紫杉醇耐藥的腫瘤細(xì)胞具有高活性。

20、這些特征使得埃博霉素被認(rèn)為是紫杉醇的更新?lián)Q代產(chǎn)品，是極 具市場(chǎng)潛力的新型抗癌新藥。C26H39NO6S 493C47H51NO14 853.918 三、極端環(huán)境微生物三、極端環(huán)境微生物微生物的多樣性表現(xiàn)在其生長(zhǎng)環(huán)境，幾乎整個(gè)生物圈環(huán)微生物的多樣性表現(xiàn)在其生長(zhǎng)環(huán)境，幾乎整個(gè)生物圈環(huán)境，都有微生物存在。雖然大多數(shù)微生物只能在溫和中性境，都有微生物存在。雖然大多數(shù)微生物只能在溫和中性環(huán)境中生長(zhǎng)，但有些微生物卻能在特殊的環(huán)境中生存，它環(huán)境中生長(zhǎng)，但有些微生物卻能在特殊的環(huán)境中生存，它們們偏好極端的環(huán)境，偏好極端的環(huán)境，例如高溫、低溫、高鹽、高堿、高酸、例如高溫、低溫、高鹽、高堿、高酸、極端營(yíng)養(yǎng)條件、極

21、端營(yíng)養(yǎng)條件、高壓、高輻射等。高壓、高輻射等。 這些微生物由于適應(yīng)特殊環(huán)境的結(jié)果，形成獨(dú)特的機(jī)能、這些微生物由于適應(yīng)特殊環(huán)境的結(jié)果，形成獨(dú)特的機(jī)能、結(jié)構(gòu)和遺傳基因。結(jié)構(gòu)和遺傳基因。由于具有特殊的基因類型、生理機(jī)制及由于具有特殊的基因類型、生理機(jī)制及代謝產(chǎn)物，是一群新型且具有很大開發(fā)潛力的生物資代謝產(chǎn)物，是一群新型且具有很大開發(fā)潛力的生物資源源. 還有許多極端環(huán)境微生物生存在人類未能探知的環(huán)境。還有許多極端環(huán)境微生物生存在人類未能探知的環(huán)境。可用于生物工程及化工領(lǐng)域的主要極端微生物活性物質(zhì)可用于生物工程及化工領(lǐng)域的主要極端微生物活性物質(zhì)Life in extreme environments. L

22、ynn J. Rothschild & Rocco L. Mancinelli Nature, 2001, Vol. 409, 1092-1101NSNSHOOCHHMeOH2 (1) 嗜熱菌嗜熱菌 (thermophiles)俗稱高溫菌,廣泛分布在溫泉、堆肥、地?zé)釁^(qū)土壤、火山及海底火山地等,最適生長(zhǎng)溫度可在90 以上,美國(guó)Baross 從火山噴口分離出的一些細(xì)菌甚至可生活在250環(huán)境中。已發(fā)現(xiàn)的極端嗜熱菌有20 多個(gè)屬,大多為古細(xì)菌。污泥、溫泉和深海地?zé)岷Ｋ?還生活著能產(chǎn)甲烷的嗜熱細(xì)菌,其環(huán)境溫度高,鹽濃度大,壓力也非常高,實(shí)驗(yàn)室很難分離和培養(yǎng)。而嗜熱真菌通常存在于堆肥、干草堆和碎

23、木堆等高溫環(huán)境中,有助于一些有機(jī)物的降解。主要活性物質(zhì)及其應(yīng)用主要活性物質(zhì)及其應(yīng)用: 嗜熱酶嗜熱酶人們已從嗜熱菌中分離到多種嗜熱酶(5580 ) 及超級(jí)嗜熱酶(80113 ) ,不僅具有化學(xué)催化劑無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn), 如催化效率高和底物專一性強(qiáng),而且高溫下穩(wěn)定性好, 因而可克服中溫酶(2255 ) 及低溫酶(-220 ) 在應(yīng)用過(guò)程中常出現(xiàn)的生物學(xué)不穩(wěn)定的缺點(diǎn),從而使許多高溫化學(xué)反應(yīng)得以實(shí)現(xiàn)。主要的嗜熱酶有DNA聚合酶、蛋白酶等。b 抗生素抗生素利用嗜熱菌Thermoactinomyces獲得了9 種抗生素,其中熱紅菌素及熱綠鏈菌素已工業(yè)化, 并在醫(yī)藥領(lǐng)域得到應(yīng)用。HOHOHNH C3Absolu

24、teconfgurationNCONH2OPhoebe 等發(fā)現(xiàn)了一個(gè)新種嗜熱菌假單孢菌Pseudomonas akbaalia ,并從其發(fā)酵液中分離到具有抗真菌活性的化合物Pyochelin。有關(guān)極端微生物產(chǎn)生抗真菌化合物的報(bào)道, 這是首次。具有抗癌活性的抗生素氨茴霉素(Anthramycin) 來(lái)源于耐熱放線菌(Streptomyces vefuineus 變種thermotolerans NRRL 3134)(2) 嗜鹽菌 (Extremehalophiles)嗜鹽微生物通常分布在曬鹽場(chǎng)、鹽湖、海洋等高鹽度環(huán)境中。主要活性物質(zhì)及其應(yīng)用:a 嗜鹽酶 嗜鹽酶能夠在較高鹽濃度下發(fā)揮作用,現(xiàn)已應(yīng)用

25、的主要是利用嗜鹽菌生產(chǎn)SOD、胞外核酸酶、胞外淀粉酶、胞外木聚糖酶等。b 抗生素l 嗜鹽菌素(Halocin) 蛋白類抗生素, 已發(fā)現(xiàn)有上百株極端嗜鹽古菌可以產(chǎn)生嗜鹽菌素。目前,研究比較深入的嗜鹽菌素有四種: H4、H6、 Hal R1、S8，分子量大約分別為28 ,32 ,215 ,3158 KD。lPelagiomicin Nobutalca 等從采自帕勞群島的巨藻Pocockiella variegata 分離到新屬嗜鹽菌Pelagiobacter variabilis。從其發(fā)酵液中分離到一組吩嗪類化合物Pelagiomicins AC。其中A 在體內(nèi)對(duì)宮頸癌Hela細(xì)胞、BALB3T3

26、 及BALB3T3/ H2ras 細(xì)胞有明顯的細(xì)胞毒性( IC50分別為0.04, 0.2, 0.07 mg/ L) ,但在體內(nèi)對(duì)P388細(xì)胞僅有微弱的抗腫瘤活性。(3) 嗜堿菌嗜堿菌( alkaliphiles)多數(shù)生活在鹽堿湖或堿湖、堿池中。最適生長(zhǎng)在pH8.0 以上,通常在pH 9-10。有些菌在pH中性或以下不能生長(zhǎng),稱為專性嗜堿菌(obligate alkaliphiles) ,而有些菌在pH 中性或以下可以生長(zhǎng),稱為兼性嗜堿菌(facultive alkaliphiles) 。其種類有細(xì)菌、真菌和古菌。由于大部分堿湖伴有高鹽,許多嗜堿菌同時(shí)也是嗜鹽菌。此外,還有許多嗜堿菌同時(shí)也表現(xiàn)

27、嗜冷、嗜熱等。主要活性物質(zhì)及其應(yīng)用a嗜堿酶 由嗜堿桿菌產(chǎn)生的環(huán)糊精糖基轉(zhuǎn)移酶(CGTase) 可用于生產(chǎn)環(huán)糊精。 此外,嗜堿菌還能產(chǎn)生淀粉酶、脂肪酶、木聚糖酶、幾丁質(zhì)酶等,具有 廣闊的應(yīng)用前景。b 抗生素類已從嗜堿放線菌中,發(fā)現(xiàn)了一些具有抗菌活性的物質(zhì),- 內(nèi)酰胺類、丁酰苷菌素、吩嗪類等, 但均無(wú)太大工業(yè)生產(chǎn)價(jià)值。c 其它活性物質(zhì)2-氨基苯; 類胡蘿卜素; siderophores ; 膽酸衍生物(4) 嗜冷菌嗜冷菌( psychrophiles ) 和耐冷菌和耐冷菌 (psychrotrophs)在地球兩極、高山、冰川等低溫環(huán)境中, 生活著一類特殊的微生物。根據(jù)其生長(zhǎng)溫度特性可分兩類: 嗜冷

28、菌: 必須在低溫條件下生活且最高生長(zhǎng)溫度不超過(guò)20 ,最適生長(zhǎng)溫度在15 ,在0 可生長(zhǎng)繁殖;耐冷菌: 最高生長(zhǎng)溫度高于20, 最適生長(zhǎng)溫度高于15,在0-5可生長(zhǎng)繁殖主要活性物質(zhì)及其應(yīng)用a 低溫酶近年來(lái),低溫酶的研究主要集中在耐冷機(jī)制和生物工程應(yīng)用方面。已有20 多種低溫酶得到了純化或克隆表達(dá)。 主要應(yīng)用于: 食品工業(yè): 低溫-半乳糖苷酶可在低溫條件下降低牛奶中的乳糖含量;低溫果膠酶可降低果汁黏性,使終產(chǎn)品變得澄清; 低溫條件下的生物催化: 合成的脂肪酸脂、多肽、寡聚糖衍生物和一些化合物水溶性較差,可通過(guò)使用低溫酶在低溫下生物催化作用來(lái)解決。因?yàn)榈蜏孛傅闹饕Y(jié)構(gòu)特征具有高的柔韌性,在低溫條件

29、下易于底物結(jié)合; 洗滌添加劑; 環(huán)境生物治理。b 抗生素類報(bào)道較少。1972 年Yoshida 自嗜冷鏈霉菌得到一種新的肽類抗生素冷霉素(cryomycin) ,含有大量甘氨酸, 體外具有很強(qiáng)的抗G+ 菌的活性。（5）嗜壓菌）嗜壓菌( piezophiles , 曾稱曾稱barophiles)嗜壓菌多為古細(xì)菌,一般生活在深海底, 能夠耐受普通微生物所不能耐受的高壓。多數(shù)生長(zhǎng)在0.70.8 mPa 的環(huán)境中,高的達(dá)1.04 mPa 以上,低于0.40.8 mPa 則不能生長(zhǎng)。目前報(bào)道的最耐壓的是美國(guó)海洋學(xué)家發(fā)現(xiàn)的一些菌種,能夠生長(zhǎng)在1.31.4 mPa 環(huán)境中。（6）嗜酸菌）嗜酸菌 ( acid

30、ophiles) 嗜酸菌一般指那些生長(zhǎng)pH 上限為3.0 , 最適生長(zhǎng)pH在1.02.5 之間的微生物。它們一般分布于金屬硫礦床酸性礦水、煤礦床酸性礦水及含硫溫泉和土壤中。 這兩種極端微生物目前研究較少.1、研究背景和現(xiàn)狀研究背景和現(xiàn)狀2、海洋微生物的生活習(xí)性及其多樣性、海洋微生物的生活習(xí)性及其多樣性3、海洋微生物是新型生物活性物質(zhì)和先導(dǎo)化合海洋微生物是新型生物活性物質(zhì)和先導(dǎo)化合 物的來(lái)源物的來(lái)源4、海洋微生物藥物研究展望、海洋微生物藥物研究展望 5、海洋微生物代謝物研究面臨的問(wèn)題、海洋微生物代謝物研究面臨的問(wèn)題四、從海洋微生物中篩選微生物新藥四、從海洋微生物中篩選微生物新藥(1) 自然界里，

31、微生物的種類和數(shù)量是明顯地隨著環(huán)境不同而改變。(2) 微生物代謝產(chǎn)物的生產(chǎn), 會(huì)受所使用的培養(yǎng)條件調(diào)節(jié)。 (3) 已經(jīng)知道許許多多生物活性物質(zhì)是通過(guò)次級(jí)代謝而產(chǎn)生的，也因此將同時(shí)產(chǎn)生小量其他的相關(guān)物質(zhì)。如果引進(jìn)更敏感的測(cè)定方法來(lái)檢測(cè)；更有效的的分離方法來(lái)純化；更精密的方法來(lái)分析，將能得到新生物活性化合物，即使其在發(fā)酵液里含量甚少。 1、研究背景和現(xiàn)狀研究背景和現(xiàn)狀(4) 大多數(shù)生物活性化合物的產(chǎn)生是菌株特異的，而不大多數(shù)生物活性化合物的產(chǎn)生是菌株特異的，而不是分類學(xué)上種屬特異的。因此，可以直接培養(yǎng)分離是分類學(xué)上種屬特異的。因此，可以直接培養(yǎng)分離到的菌株以取得新生物活性化合物，而無(wú)須先進(jìn)行到的菌

32、株以取得新生物活性化合物，而無(wú)須先進(jìn)行菌株分類。菌株分類。 (5) 要成功地發(fā)現(xiàn)新的生物活性物質(zhì)，用于分離微生要成功地發(fā)現(xiàn)新的生物活性物質(zhì)，用于分離微生物菌株的樣品的采集是一個(gè)重要環(huán)節(jié)。近來(lái)，樣品物菌株的樣品的采集是一個(gè)重要環(huán)節(jié)。近來(lái)，樣品采集的設(shè)計(jì)已為發(fā)現(xiàn)新生物活性化合物作出了重大采集的設(shè)計(jì)已為發(fā)現(xiàn)新生物活性化合物作出了重大貢獻(xiàn)。最近，已實(shí)現(xiàn)通過(guò)肉眼觀察，采集深海海底貢獻(xiàn)。最近，已實(shí)現(xiàn)通過(guò)肉眼觀察，采集深海海底的樣品。的樣品。(6) 最近開發(fā)的在不減壓的情況下分離和培養(yǎng)嗜壓微生最近開發(fā)的在不減壓的情況下分離和培養(yǎng)嗜壓微生物的方法和設(shè)備，將對(duì)新微生物的生物活性產(chǎn)物的物的方法和設(shè)備，將對(duì)新微生物

33、的生物活性產(chǎn)物的研究作出貢獻(xiàn)。研究作出貢獻(xiàn)。 陸棲微生物早已成為像抗生素、酶抑制劑等生物活性物質(zhì)的重要資源，一度形成了輝煌的抗生素時(shí)代。 但由于種種原因，特別是研究方法創(chuàng)新的滯后和篩選模型陳舊，結(jié)果尋找到新種屬的微生物或有特殊機(jī)能性狀微生物的幾率大幅度地降低。與之相關(guān)聯(lián)，開發(fā)出新型藥物的幾率也大幅度地下降。就在這個(gè)時(shí)候，海洋微生物受到了重視，大量的事實(shí)表明，海洋微生物將成為開發(fā)新型藥物的重要資源。 迄今為止，已發(fā)現(xiàn)的微生物約有150多萬(wàn)種，其中72,000種存在于陸地，其余都存在于海洋之中, 占80以上，而對(duì)海洋微生物只研究了1500種，仍有大量的海洋真菌和細(xì)菌等有待深入研究和開發(fā)。 由于獨(dú)特

34、的生存環(huán)境(如高壓、高滲、高溫、低溫等復(fù)雜多變的生態(tài)環(huán)境)及海洋生物物種間的生態(tài)作用遠(yuǎn)比陸生物種復(fù)雜和廣泛，其作用多是通過(guò)物種間化學(xué)作用物質(zhì)信息素、種間激素、拒食劑等來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此賦予海洋生物的活性遠(yuǎn)比陸生生物要強(qiáng)，尤其重要的是有些海洋生物活性物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與陸生生物化合物不同，表現(xiàn)出獨(dú)特的活性。 海洋中生活各種各樣的微生物，是以單細(xì)胞或以群體形式存在，能獨(dú)立生活的生物，包括病毒、細(xì)菌、真菌、單細(xì)胞藻類及原生動(dòng)物等等。但按狹意所指僅為病毒、細(xì)菌和真菌等。 根據(jù)分離菌樣品來(lái)源，可將海洋微生物分為海水微生物、沉積物微生物、深海微生物、共棲和共生微生物。（1）耐鹽性： 海洋細(xì)菌的鹽耐受性：最適宜生長(zhǎng)于含2

35、%4%NaCl的培養(yǎng)基。 放線菌：大多數(shù)海洋鏈霉菌比陸棲鏈霉菌有較廣的鹽受性(1%7%NaCl)，有些對(duì)小于1%的NaCl仍敏感，所以，某些鏈霉菌的先祖可能來(lái)自陸地。 （2）耐壓性：）耐壓性：靜壓力是深海很重要的環(huán)境靜壓力是深海很重要的環(huán)境參數(shù)。只有那些嗜壓和耐壓的細(xì)菌才能參數(shù)。只有那些嗜壓和耐壓的細(xì)菌才能在深海的高靜壓下生存。在深海的高靜壓下生存。 （3）寄生性：）寄生性：一些完全適應(yīng)了海洋寄生、一些完全適應(yīng)了海洋寄生、處于寄主體內(nèi)微環(huán)境中的海洋微生物完處于寄主體內(nèi)微環(huán)境中的海洋微生物完全可能發(fā)展了非鈉依賴的其它特性。全可能發(fā)展了非鈉依賴的其它特性。 l關(guān)于海洋微生物的種類，目前還無(wú)法做關(guān)于

36、海洋微生物的種類，目前還無(wú)法做出準(zhǔn)確的判斷。出準(zhǔn)確的判斷。 目前只知道海洋中的微生物種類可能約目前只知道海洋中的微生物種類可能約為陸生微生物的為陸生微生物的20倍以上。其中土著海倍以上。其中土著海洋微生物與外來(lái)微生物的比例同樣不清洋微生物與外來(lái)微生物的比例同樣不清楚。楚。 海洋豐富的微生物資源為新藥發(fā)現(xiàn)提供了多樣的物種基礎(chǔ)，它的開發(fā)將使人類進(jìn)一步認(rèn)識(shí)自然； 新抗生素由于結(jié)構(gòu)與作用機(jī)制可能有別于陸生來(lái)源的抗生素，將極大地克服目前的抗藥性，同時(shí)為新藥的合成提供新的“母核”； 微生物易于培養(yǎng)、發(fā)酵，可無(wú)限再生而無(wú)需過(guò)度開采野生資源，經(jīng)濟(jì)和社會(huì)價(jià)值較大。 3、海洋微生物是新型生物活性物質(zhì)和先導(dǎo)化合物的

37、來(lái)源 開發(fā)治療嚴(yán)重疾病的藥物，關(guān)健在于發(fā)現(xiàn)具有一定生物活性的新型化合物或先導(dǎo)化合物，然后進(jìn)行生產(chǎn)優(yōu)化或進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造加以優(yōu)化，才有可能開發(fā)出有臨床應(yīng)用價(jià)值的新藥物。所以，新型生物活性物質(zhì)或先導(dǎo)化合物的發(fā)現(xiàn)是新藥研究的起點(diǎn)。 過(guò)去已從傳統(tǒng)藥物、植物藥、海洋生物、陸棲微生物代謝產(chǎn)物中去發(fā)現(xiàn)新型生物活性物質(zhì)，并證明行之有效。但由于種種原因，特別是研究方法創(chuàng)新的滯后和篩選模型的陳舊，發(fā)現(xiàn)新型生物活性物質(zhì)或先導(dǎo)化合物的幾率大幅度地下降，從而使新藥的開發(fā)研究更加艱難。 研究方法的創(chuàng)新和新的篩選模型的建立既需要雄厚的基礎(chǔ)研究，也需要大量的投資和長(zhǎng)期的努力。其本身就是一項(xiàng)艱巨的研究任務(wù)。因此將目光轉(zhuǎn)向擴(kuò)大篩選的

38、對(duì)象，向海洋微生物索取新型的生物活性物質(zhì)，是勢(shì)在必行的最佳選擇。 事實(shí)也正是如此。（1）19901999年10年間全世界所報(bào)道的由微生物產(chǎn)生的新化合物與20002010年10年間的報(bào)道相比較，可以發(fā)現(xiàn)：來(lái)源于陸棲鏈霉菌產(chǎn)生的新化合物已由74.7下降到50.5。相反，來(lái)源于海洋微生物的新化合物在前10年間報(bào)道極少，到20002010年10年間上升到12.7，(有近400個(gè))。（2）從文獻(xiàn)篇目數(shù)量分析，有關(guān)海洋微生物的研究進(jìn)展十分迅速： 19901999，有2070篇文章報(bào)道海洋天然產(chǎn)物，其中只有21篇（1%）有關(guān)微生物。這些文獻(xiàn)共列述了3070種代謝物，其中22種（0.7%）源自細(xì)菌和真菌。 2

39、0002010，文獻(xiàn)總數(shù)達(dá)4791篇，分離到的代謝物數(shù)量為7099種，增長(zhǎng)了131%，其中關(guān)于微生物的有151篇文章中報(bào)道了246種化合物，文獻(xiàn)總數(shù)量和代謝物數(shù)量分別增長(zhǎng)了619%和1016%。 這不僅反映了海洋微生物開始受重視，而且表明了從海洋微生物開發(fā)新藥物有著巨大的潛力和誘人的前景。 （3）海洋微生物代謝產(chǎn)物具有化學(xué)結(jié)構(gòu)多樣性和復(fù)雜性）海洋微生物代謝產(chǎn)物具有化學(xué)結(jié)構(gòu)多樣性和復(fù)雜性 由于海洋環(huán)境的特殊性，海洋微生物具有獨(dú)特的代謝方式，能產(chǎn)生許多新穎的化學(xué)結(jié)構(gòu)。 海洋微生物有五類基本代謝物: 胺及酰胺類、 吲哚生物堿類、 乙酰配基類、 環(huán)肽類、 聚丙酸酯類。 含氮化合物和乙酸酯類化合物占首位

40、，萜類化合物較少。含氮化合物主要包括胺、酰胺、吲哚生物堿、環(huán)肽。丙二酸酯類代謝物包括脂肪族、脂環(huán)族或多聚乙酸內(nèi)酯，及乙酸酯一丙酸酯類代謝物和大環(huán)內(nèi)酯。萜類主要是倍半萜及二萜，及胡蘿卜素、異戊二烯醌、甾醇。在已鑒定的海洋微生物代謝物中，約56%為含氮化合物，30%為乙酸酯類化合物，甲羥戊酸酯約占13%，含硫化物約占13%，鹵化物約占8%，其中以氯化物為主?；瘜W(xué)結(jié)構(gòu)上的巨大差異與微生物的來(lái)源相關(guān)聯(lián)，而不化學(xué)結(jié)構(gòu)上的巨大差異與微生物的來(lái)源相關(guān)聯(lián)，而不是微生物本身的種屬差異。是微生物本身的種屬差異。從細(xì)菌芽孢桿菌屬Bacillus中分離得到的所有代謝物都是含氮化合物，但由于來(lái)源不同 (深海、沉淀物、軟

41、體動(dòng)物、海綿)，其代謝物可以是氨基苷、環(huán)肽、縮酚肽及氨基一異香豆素等各不相同。真菌類曲霉屬Aspergillus產(chǎn)生了煙喹唑啉、吲哚生物堿、鹵化多聚乙酰及倍半萜烯，同樣取決于真菌的來(lái)源 (魚類、海藻、海綿等)。海洋放線菌海洋放線菌： Fenical研究組首次發(fā)現(xiàn)并成功培養(yǎng)了一屬全新的海洋放線菌，命名為Marinospora，經(jīng)搖瓶培養(yǎng)，用Amberliter樹脂提取分離并鑒定出一系列結(jié)構(gòu)新穎的化合物，命名為Salinosporamides，這些化合物具有很強(qiáng)的抗菌及抗腫瘤活性。Salinosporamide A displayed potent in vitro cytotoxicityaga

42、inst HCT-116 human colon carcinoma (結(jié)腸癌細(xì)胞 )with an IC50 value of 11 ngmL-1.Omuralide, a transformation product of the microbial metabolite lactacystin (一種選擇性蛋白酶體抑制劑) salinosporamide A appears significantly more potent proteasome inhibitor than omuralide.從海洋放線菌分離到的含倍半萜的新萘醌類抗生素Neomarinone，對(duì)NCI(美國(guó)國(guó)家癌癥研

43、究所)的60個(gè)人類腫瘤細(xì)胞群IC50平均值為10 umol L-1。salinosporamide Aomuralide2CH NHRNH22COCH NH22O1HOMeNOOMeNH2R = Me抗生素天神霉素(istamycins )是從日本海泥的鏈霉菌S. tenjimariensis中分離得到的氨基糖苷類化合物 ，具有強(qiáng)烈的抑制革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌和陰性細(xì)菌的活性。海洋放線菌還常產(chǎn)生結(jié)構(gòu)奇特的大環(huán)內(nèi)酯類化合物。Halichomycin是從海魚Hacichoeres bleekeri胃腸道分離到的鏈霉菌Streptomyces hygroscopicus的大環(huán)內(nèi)酯類代謝產(chǎn)物, 對(duì)P388細(xì)胞

44、有顯著細(xì)胞毒性(ED50 = 0.13 mg L-1)-Indomycinone是海洋鏈霉菌產(chǎn)生的抗腫瘤活性物質(zhì), 對(duì)HCT-116細(xì)胞有細(xì)胞毒性.NSHRHHO M eR = C H397A bsoluteC onfiguration 海洋真菌：海洋真菌：Curacin A，是從加勒比海真菌Lyngbra majuscula中分得的一種具有潛力的抗有絲分裂和抗腫瘤劑，臨床前實(shí)驗(yàn)表明，它對(duì)人肺瘤移植的小鼠有很高的抑制率。日本學(xué)者從海綿Halichondria japonica分離到的真菌Gymmasella dankaliensis獲得騾環(huán)結(jié)構(gòu)的細(xì)胞毒代謝物Gymnastatin OO M e

45、N H C OO HC lC lO HO91 07 62OOOHNHCOHOCl2OOHOO1110HHONHOHO海洋細(xì)菌海洋細(xì)菌從加勒比海海鞘Ecteinascidia turbinata及土耳其海岸Polvcitonide屬海鞘分離到兩株土壤桿菌，并從脂溶性代謝產(chǎn)物中分離得到兩個(gè)有顯著抗腫瘤活性的生物堿類化合物Sesbanimide A和C，對(duì)淋巴性白血病細(xì)胞L1210的IC50 為0.8 ng mL-1從海洋細(xì)菌中分離到大環(huán)內(nèi)酯類化合物Macrolactins，由24元內(nèi)酯環(huán)、吡喃型葡萄糖和一個(gè)開鏈的酸構(gòu)成，有抗腫瘤、抗病毒、抗菌等功能。OHOORHOHO171517R = CH3O

46、HOOH OH OOO H OO HH OH OH OO HOO 海綿體內(nèi)的微生物最多可占其體重的70%，海綿能產(chǎn)生多種抗菌、抗腫瘤活性成分，引起國(guó)內(nèi)外對(duì)于海綿生物活性成分研究的熱潮。海綿中存在著復(fù)雜的微生物群落，海綿中的抗癌物質(zhì)是由海綿中共生共棲的細(xì)菌所產(chǎn)生的，從這些細(xì)菌中可以分離出抗白血病、抗鼻咽癌的活性成分。l河豚毒素（tetrodotoxin，TTX）是一種毒性很強(qiáng)的海洋生物毒素，為典型的Na+通道阻斷劑，具有鎮(zhèn)痛、鎮(zhèn)靜、降壓、解痛等功效，在臨床上可用作局麻藥。TTX最初從豚科魚（Tetrodontidae）中發(fā)現(xiàn)，近年來(lái)發(fā)現(xiàn)許多海洋細(xì)菌、放線菌也可以產(chǎn)生TTX。產(chǎn)TTX的細(xì)菌主要有弧

47、菌屬（Vibrio）、假單胞菌屬（Pseudomonas）、發(fā)光菌屬（Photobacterium）、氣單胞菌屬（Aeromonas）、鄰單胞菌屬（Plesionmanas）、芽胞桿菌屬(Bacillus)、不動(dòng)桿菌屬（Acinetobacter）等。放線菌主要為鏈霉菌屬(Streptomyces)。 (1) 已報(bào)道的海洋微生物活性物質(zhì)已有數(shù)百種，具有化學(xué)結(jié)構(gòu)和生物活性多樣化的特點(diǎn)。(2) 海洋微生物藥物產(chǎn)生菌與陸地的相反，放線菌不再是微生物藥物的主要來(lái)源，取而代之是真菌，依次是細(xì)菌、放線菌和藻類；海洋微生物產(chǎn)生的生物堿很多，如哌嗪二酮、含糖生物堿、異香豆素、萜烯、倍半萜類等20多種。 (3)

48、海洋微生物產(chǎn)生一些陸地微生物罕見的化學(xué)物質(zhì)如類二十烷酸、橋聯(lián)四環(huán)、三元環(huán)內(nèi)酰胺、三聚酯及五溴聯(lián)吡咯，它們的生物活性呈現(xiàn)了多樣性。 (4)產(chǎn)生多種生物活性物質(zhì)，抑菌活性；抗細(xì)胞有絲分裂的作用，作用機(jī)理與紫杉醇相似；抗病毒作用；刺激神經(jīng)生長(zhǎng)作用；植物生長(zhǎng)刺激素作用。這些化合物分屬不同化學(xué)類群，由不同的微生物產(chǎn)生。 5、海洋微生物代謝物研究面臨的問(wèn)題、海洋微生物代謝物研究面臨的問(wèn)題 微生物具有哪些特征才被認(rèn)為是“海洋物種”？ 目前，關(guān)于什么是真正的海洋微生物還有爭(zhēng)議。一般認(rèn)為，分離自海洋環(huán)境，其正常生長(zhǎng)需要海水，并可在寡營(yíng)養(yǎng)、低溫條件下生長(zhǎng)的微生物可視為嚴(yán)格的海洋微生物。而有些分離自海洋的微生物，其

49、生長(zhǎng)不一定需要海水，但可產(chǎn)生不同于陸地微生物的代謝物(如溴代化合物)或擁有某些特殊的生理性質(zhì)(如鹽耐受性)，也被視為海洋微生物。 培養(yǎng)海洋微生物的技術(shù)問(wèn)題 由于大多數(shù)海洋微生物都無(wú)法在常規(guī)的實(shí)驗(yàn)條件下培養(yǎng)，極大地限制了海洋活性物質(zhì)的篩選及進(jìn)一步研究。據(jù)估計(jì)，目前只有不足5%的海洋微生物可以培養(yǎng)鑒定，已發(fā)現(xiàn)的活性物質(zhì)只占總數(shù)的1 %。 代謝產(chǎn)物化學(xué)種類有很高的不可預(yù)見性 差異很大的微生物可能會(huì)產(chǎn)生非常類似的代謝物; 相反，一種微生物可能會(huì)由于來(lái)源不同，生物合成方式不同而產(chǎn)生不同的物質(zhì)。 由于文獻(xiàn)中已報(bào)道的代謝物已達(dá)數(shù)千，因此發(fā)現(xiàn)新的生物活性化合物變得越來(lái)越困難。為了發(fā)現(xiàn)更多的新代謝物，需要選取不

50、同的菌株。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，平均每株放線菌菌株大約產(chǎn)生10-20種次級(jí)代謝物。對(duì)這些化合物的快速鑒定、排除重復(fù)結(jié)構(gòu) (dereplication) 已成為天然產(chǎn)物化學(xué)的一項(xiàng)重要的技術(shù)。 天然藥物的篩選已成為現(xiàn)今的一個(gè)研究熱點(diǎn)，植物是天然藥物的主要來(lái)源之一。生活在植物組織中的植物內(nèi)生菌，由于其與植物的關(guān)系密切，同時(shí)其產(chǎn)生的豐富多樣的次生代謝產(chǎn)物具有多種生物活性，因此從中發(fā)現(xiàn)新的有意義的化合物的潛力相當(dāng)大，其作為新的治療藥物或前體藥物的潛在來(lái)源已經(jīng)引起人們的廣泛重視。五、從植物內(nèi)生菌中篩選微生物新藥五、從植物內(nèi)生菌中篩選微生物新藥 1898年 Vogl從黑麥草的種子中首次分離出第一株內(nèi)生真菌。 但在此后

51、的70年間，內(nèi)生菌的研究進(jìn)展緩慢；直到70年代，Bacon等人發(fā)現(xiàn)高羊茅中的內(nèi)生真菌和毒素的產(chǎn)生有關(guān)， 從此以后植物內(nèi)生菌的研究在國(guó)際范圍內(nèi)引起了廣泛的重視。l1833年 人們發(fā)現(xiàn)從小麥葉片中可長(zhǎng)一種性質(zhì)不明的銹狀物，將它形象地稱為“Outgrows”l1866年 Barry將內(nèi)生菌定義為生活在植物組織內(nèi)的微生物，用以區(qū)分那些生活在植物表面的表生菌， 按此定義植物的致病菌、菌根菌也歸屬于內(nèi)生菌的概念范疇l1988年 Clay將內(nèi)生菌定義為在植物體內(nèi)完成其生活史的部分或全部，但又不引起任何病癥的微生物， 包括細(xì)菌和真菌， 突出強(qiáng)調(diào)了內(nèi)生菌和植物的互惠共生關(guān)系， 這一概念范疇內(nèi)不包括植物致病菌和菌

52、根菌。 植物內(nèi)生菌(endophyte)是指那些在其生活史的一定階段或全部階段生活于健康植物的各種組織和器官內(nèi)部, 而不使宿主植物表現(xiàn)出明顯感染癥狀的微生物, 包括內(nèi)生細(xì)菌、放線菌、真菌。 被感染的宿主植物（至少是暫時(shí)）不表現(xiàn)出外在病癥， 可通過(guò)組織學(xué)方法或從嚴(yán)格表面消毒的植物組織中分離或從植物組織內(nèi)直接擴(kuò)增出微生物DNA的方法來(lái)證明其內(nèi)生。 我們可以把植物內(nèi)生菌理解為植物組織內(nèi)的正常菌群，它們不僅包括了互惠共利的和中性的內(nèi)共生微生物，也包括了那些潛伏在宿主體內(nèi)的病原微生物。l宿主植物種類多樣性l內(nèi)生菌自身種類多樣性l內(nèi)生菌在植物組織中分布多樣性內(nèi)生菌是一個(gè)生態(tài)學(xué)概念, 而非分類學(xué)單位,是植物

53、微生態(tài)系統(tǒng)的天然組成部分。內(nèi)生菌具有豐富的生物多樣性。目前已從植物體中分離到了屬于細(xì)菌、酵母菌、放線菌和絲狀真菌的多種內(nèi)生菌, 并發(fā)現(xiàn)許多新種。 內(nèi)生菌普遍存在于目前已研究過(guò)的各種陸生及水生植物中。目前全世界至少已在80個(gè)屬290多種禾本科植物中發(fā)現(xiàn)有內(nèi)生真菌。自20世紀(jì)70年代后期， 內(nèi)生菌在一些重要的經(jīng)濟(jì)林木如針葉類的各種冷杉、云杉、紅杉、紫杉、松柏等以及闊葉的桉樹、櫟樹、樺樹、榿木等植物樹皮、枝葉中相繼被發(fā)現(xiàn)并得到了廣泛的研究。進(jìn)而在多種灌木、草本植物以及栽培作物、果樹甚至藻類、苔蘚和蕨類植物中也發(fā)現(xiàn)了內(nèi)生菌。 對(duì)于一種植物而言，從中可分離到的內(nèi)生真菌和細(xì)菌通常為數(shù)種至數(shù)十種，有的甚至多

54、達(dá)數(shù)百種。在熱帶雨林植物中，內(nèi)生菌的多樣性更為突出。 Anorld等人最近分析了巴拿馬中部雨林中兩種植物葉子中的內(nèi)生菌，結(jié)果發(fā)現(xiàn)分離自83片健康葉子上的內(nèi)生菌可多達(dá)418個(gè)形態(tài)學(xué)種.子囊孢子類：核菌綱 盤菌綱 腔菌綱廣泛分布的種屬：半殼霉屬 擬隱孢霉屬 擬莖點(diǎn)霉屬 葉點(diǎn)霉屬大多數(shù)為土壤微生物類群： 假單孢菌屬 芽孢桿菌屬 腸桿菌屬 土壤桿菌屬 內(nèi)生真菌的菌絲生長(zhǎng)于植物組織的細(xì)胞間，分布于葉鞘、種子、花、莖、葉片和根。其中葉鞘和種子的菌絲含量最多而葉片和根的含量極微。l促進(jìn)宿主植物的生長(zhǎng)l增強(qiáng)宿主植物的抗逆性l產(chǎn)生具有生理活性的代謝產(chǎn)物(1) 內(nèi)生菌能產(chǎn)生吲哚乙酸（IAA）等植物生長(zhǎng)激素(2)

55、內(nèi)生菌增強(qiáng)宿主植物對(duì)氮、磷等營(yíng)養(yǎng)元素的吸收 如：禾本科農(nóng)作物上的內(nèi)生細(xì)菌具有很強(qiáng)的固氮能力。感染內(nèi)生真菌的牧草對(duì)氮、磷的攝取能力也有所提高。 1、 促進(jìn)植物的生長(zhǎng) 內(nèi)生菌長(zhǎng)期生活在植物體細(xì)胞內(nèi)或細(xì)胞間隙這樣一個(gè)特殊環(huán)境中, 并與寄主協(xié)同進(jìn)化, 在演化過(guò)程中與宿主植物形成互惠共生關(guān)系: 一方面內(nèi)生菌可以從宿主植物中吸取營(yíng)養(yǎng),并得到保護(hù); 另一方面內(nèi)生菌能夠促進(jìn)宿主植物生長(zhǎng)發(fā)育,增強(qiáng)宿主植物對(duì)生物脅迫(食草動(dòng)物、昆蟲、病原菌) 及非生物脅迫(高溫、干旱、高鹽等) 的抗逆性。2、增強(qiáng)宿主植物的抗逆性 在內(nèi)生菌中，有對(duì)宿主植物體內(nèi)某些活性成分的形成有重要影響者，也有產(chǎn)生和宿主植物相同或相似的生理活性成

56、分。 內(nèi)生菌是植物進(jìn)行化學(xué)防御的重要資源，其次生代謝產(chǎn)物多樣性是天然藥物研究潛在的豐富資源。3、產(chǎn)生具有生理活性的代謝產(chǎn)物、產(chǎn)生具有生理活性的代謝產(chǎn)物宿主植物的選擇宿主植物的選擇研究?jī)?nèi)生菌的關(guān)鍵問(wèn)題研究?jī)?nèi)生菌的關(guān)鍵問(wèn)題 由于自然界植物種類數(shù)目龐大, 選取哪些植物材料來(lái)分離內(nèi)生菌是一個(gè)需要考慮的問(wèn)題。從最近10 年來(lái)的研究報(bào)告中可以看出, 在天然藥物研究方面, 內(nèi)生菌宿主植物的選擇主要集中在以下兩方面:1、特殊生境植物, 尤其那些在特殊生境下具有特別代謝途徑以維持生存的種類。海洋生態(tài)環(huán)境比陸地生態(tài)環(huán)境具有更豐富的生態(tài)多樣性和物種多樣性, 海洋生物能夠合成許多不同于陸生生物次生代謝產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)新穎、

57、作用特殊的活性物質(zhì)。2、各種藥用植物 1993 年Stierle首次從短葉紅豆杉( Taxus breviflia) 中分離得到一株能合成抗癌物質(zhì)紫杉醇的內(nèi)生真菌( Taxomyces andreanae) , 表明有的內(nèi)生菌具有合成和宿主植物相同或相似的活性成分的能力。這一發(fā)現(xiàn)掀起了一場(chǎng)從藥用植物中分離內(nèi)生菌的熱潮,為人類解決某些藥用植物生長(zhǎng)緩慢、資源緊缺等因素帶來(lái)的藥源緊張和生態(tài)破壞問(wèn)題,利用植物內(nèi)生菌進(jìn)行工業(yè)化發(fā)酵生產(chǎn)某些重要天然藥物提供了新的思路。近年來(lái)先后從數(shù)十種藥用植物中也分離得到了內(nèi)生菌,并從這些藥用植物內(nèi)生菌中分離得到了和宿主植物相同或相似的其它活性成分。 內(nèi)生菌不但可以自身合

58、成藥物活性成分, 還具有促進(jìn)宿主植物合成活性成分的能力。從中國(guó)紅豆杉 ( Taxus chinensis) 中分離到一株內(nèi)生真菌,可使紅豆杉懸浮培養(yǎng)細(xì)胞紫杉醇的產(chǎn)量提高兩倍。提取一公斤紫杉醇需要兩千棵紅豆杉。每公斤紫杉醇(99%)價(jià)格高達(dá)500萬(wàn)美元。 紅豆杉是世界上公認(rèn)瀕臨滅絕的天然珍稀抗癌植物產(chǎn)生與植物宿主相同或類似結(jié)構(gòu)的活性物質(zhì)產(chǎn)生與植物宿主相同或類似結(jié)構(gòu)的活性物質(zhì) （解決植物資源問(wèn)題）（解決植物資源問(wèn)題）紫杉醇（紫杉醇（Taxol） Ref：Stierle A, Strobel G A, Stierle D. Science 1993, 260, 214-216. The struct

59、ure of taxol, the worlds first billion dollar antitumor agent.植物內(nèi)生菌產(chǎn)生結(jié)構(gòu)新穎的活性代謝產(chǎn)物植物內(nèi)生菌產(chǎn)生結(jié)構(gòu)新穎的活性代謝產(chǎn)物生物活性：抗生素、抗病毒、抗腫瘤、抗氧化、免疫抑制劑、殺 蟲活性、抗糖尿病、植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)類型：生物堿（氨基類、吲哚類、吡咯烷類）、甾體、萜類（倍半萜、二萜）、異香豆素類、醌類、黃酮、苯丙素和木脂素類、肽類、酚類、脂類、含氯化合物 about 230 natural products characterized from plant-associatedmicroorganisms 生源途徑：多烯酮

60、途徑（115，50%） 產(chǎn)生芳香族類化合物 甲羥戊酸（29）產(chǎn)生萜類、甾體 莽草酸途徑 產(chǎn)生芳香族類化合物 混合的生物合成途徑 （27） 生物堿和含氮代謝物 （21個(gè)生物堿，7個(gè)細(xì)胞松弛素， 9個(gè)環(huán)肽） 隨著細(xì)菌耐藥性的出現(xiàn)激發(fā)了人們尋求更多更好的抗菌素；同時(shí)，由于艾滋病和器官移植引起的真菌感染人數(shù)不斷增加，對(duì)于高效抗真菌制劑的需求也不斷增強(qiáng)； 目前治療原生動(dòng)物寄生感染藥物的匱乏，尋找更新更有效的治療藥物來(lái)解決這些問(wèn)題已迫在眉睫。以往，抗生素的主要來(lái)源是土壤微生物。而今，植物內(nèi)生菌這一多樣性十分豐富卻尚未開發(fā)的微生物類群將是一巨大資源。刺盤孢屬內(nèi)生菌Colletotrichum gloeosporicoides產(chǎn)生