放線菌與抗生素

1、.1放線菌與農用抗生素.2S. scabies.3放線菌的概念放線菌(Actinomycetes)是一類具有絲狀分枝細胞和無性孢子的G+原核微生物,由于菌落呈放射狀而得名。放線菌是一類介于細菌和真菌之間的單細胞生物.放線菌的細胞構造和細胞壁的化學組成與細菌相似,與細菌同屬原核生物;放線菌菌體呈纖細的菌絲狀,而且分枝,又以外生孢子的形式繁殖,這些特征又與霉菌相似.放線菌菌落中的菌絲常從一個中心向四周輻射狀生長,因此叫放線菌.4放線菌分布放線菌分布主要存在于含有機質豐富的中性或偏堿性的土壤中，在主要存在于含有機質豐富的中性或偏堿性的土壤中，在空氣、淡水和海水等處也有一定的分布。空氣、淡水和海水等處

2、也有一定的分布。放線菌的生活類型：放線菌的生活類型： 腐生（多數(shù)）腐生（多數(shù)） 寄生（少數(shù)）寄生（少數(shù)）.5放線菌形態(tài)特征.6放線菌分類地位.7菌落形態(tài)與結構營養(yǎng)菌絲匍匐生長于培養(yǎng)基內，吸收營養(yǎng)營養(yǎng)菌絲發(fā)育到一定階段，伸向空間形成氣生菌絲氣生菌絲發(fā)育到一定階段，其上可分化出形成孢子的菌絲，即孢子絲.8放線菌菌絲的形態(tài)構造放線菌菌絲的形態(tài)構造根據形態(tài)和功能不同可分為：根據形態(tài)和功能不同可分為： 基內菌絲（營養(yǎng)菌絲）基內菌絲（營養(yǎng)菌絲） 氣生菌絲氣生菌絲 孢子絲。孢子絲。.9基內菌絲基內菌絲培養(yǎng)基內匍匐生長的菌絲，無隔，培養(yǎng)基內匍匐生長的菌絲，無隔， 約約 0.2-0.8m0.2-0.8m。通常會

3、產生水溶性或脂溶性色素通常會產生水溶性或脂溶性色素. .功能：吸收營養(yǎng)，所以又稱營養(yǎng)菌絲。功能：吸收營養(yǎng)，所以又稱營養(yǎng)菌絲。.10氣生菌絲氣生菌絲由營養(yǎng)菌絲長出培養(yǎng)基外，伸向空間的菌絲。略粗于由營養(yǎng)菌絲長出培養(yǎng)基外，伸向空間的菌絲。略粗于基絲基絲0.5-1.2m0.5-1.2m，也有色素產生。，也有色素產生。功能：氣生菌絲生長到一定階段可分化出繁殖結構，功能：氣生菌絲生長到一定階段可分化出繁殖結構，即孢子絲。即孢子絲。.11孢子絲孢子絲概念：可以形成孢子的菌絲（具分類價值），概念：可以形成孢子的菌絲（具分類價值）， 功能功能: :繁殖。繁殖。 形態(tài)：直、波曲、螺旋形態(tài)：直、波曲、螺旋著生方式：

4、叢生、輪生著生方式：叢生、輪生.12放線菌孢子絲類型：放線菌孢子絲類型：垂直垂直單輪單輪( (無螺旋無螺旋) )彎曲彎曲叢生叢生松環(huán)、初級螺旋松環(huán)、初級螺旋鉤狀鉤狀松螺旋松螺旋緊螺旋緊螺旋單輪單輪( (有螺旋有螺旋) )雙輪雙輪( (無螺旋無螺旋) )雙輪雙輪( (有螺旋有螺旋) ).13（二）形態(tài)與結構.14（二）形態(tài)與結構.15放線菌的主要屬1 1、鏈霉菌屬、鏈霉菌屬( (StreptomycesStreptomyces) ) 產生許多著名的抗生素，如鏈霉素、紅霉素、產生許多著名的抗生素，如鏈霉素、紅霉素、四環(huán)素等。四環(huán)素等。2 2、諾卡氏菌屬（、諾卡氏菌屬（ Nocardia Nocar

5、dia ） 烴類發(fā)酵，污水處理烴類發(fā)酵，污水處理 ，產生抗生素（如萬古，產生抗生素（如萬古 霉素、頭孢菌等）霉素、頭孢菌等）3 3、小單孢菌屬（、小單孢菌屬（MicromonosporaMicromonospora) ) 可產生多種抗生素，如慶大霉素等。可產生多種抗生素，如慶大霉素等。4 4、放線菌屬（、放線菌屬（ActinomycesActinomyces) ) 多為致病菌。多為致病菌。 .16菌落形態(tài)菌落形態(tài)能產生大量分枝和氣生菌絲的菌種（如鏈霉菌）不能產生大量菌絲體的菌種（如諾卡氏菌）菌落質地致密，與培養(yǎng)基結合緊密，小而不蔓延，不易挑起或挑起后不易破碎。粘著力差，粉質，針挑起易粉碎.17

6、（三）生長與繁殖繁殖方式無性孢子菌絲斷裂凝聚孢子橫隔孢子孢囊孢子分生孢子厚壁孢子存在多種孢子形成方式常見于液體培養(yǎng)中，工業(yè)發(fā)酵生產抗生素時都以此法大量繁殖放線菌細菌的芽孢是休眠體，而放線菌的孢子是繁殖體.18孢子鏈和孢囊孢子.19放線菌的主要屬放線菌的主要屬1 1、鏈霉菌屬、鏈霉菌屬( (StreptomycesStreptomyces) ) 產生許多著名的抗生素，如鏈霉素、產生許多著名的抗生素，如鏈霉素、紅霉素紅霉素、四環(huán)素、四環(huán)素等。等。2 2、諾卡氏菌屬（、諾卡氏菌屬（ Nocardia Nocardia ） 烴類發(fā)酵，污水處理烴類發(fā)酵，污水處理 ，產生抗生素（如萬古霉素、，產生抗生素（

7、如萬古霉素、頭孢菌等）頭孢菌等）3 3、小單孢菌屬（、小單孢菌屬（MicromonosporaMicromonospora) ) 可產生多種抗生素，如慶大霉素等。可產生多種抗生素，如慶大霉素等。4 4、放線菌屬（、放線菌屬（ActinomycesActinomyces) ) 多為致病菌。多為致病菌。 .20放線菌生命周期孢子在適宜的條件下萌發(fā)，長出1-3個芽管氣生菌絲營養(yǎng)菌絲繁殖菌絲（孢子絲）孢子絲釋放孢子.21ACTINOMYCETES REPRODUCTION.22Secondary metabolites are produced at the end of the growth pha

8、se and during stationary phase.ACTINOMYCETES ANTIBIOTICS.23放線菌的應用能產生大量的、種類繁多的抗生素，到目前為止，已分離得到的放線菌產生的抗生素達8700種以上。生產維生素和酶進行甾體轉化、烴類發(fā)酵和污水處理.24抗生素定義抗生素（antibiotics）是微生物、植物、動物在其生命活動過程中產生的（或并用化學、生物或生化方法所衍生的），在低微濃度下能選擇性地抑制或殺滅他種生物機能的一類有機化合物?？股厥巧锷L到一定條件下所產生的次級代謝產物（Secondary metabolite），是微生物對環(huán)境所做出的一種病態(tài)反應。.25微

9、生物產生的生物活性物質.26FK506Bialaphos殺念珠菌素殺念珠菌素 紅霉素紅霉素阿霉素阿霉素阿弗菌素阿弗菌素兩性霉素兩性霉素力復霉素力復霉素柔紅霉素柔紅霉素莫能霉素莫能霉素殺假絲菌素殺假絲菌素螺旋霉素螺旋霉素絲裂霉素絲裂霉素泰樂菌素泰樂菌素井崗霉素井崗霉素 鏈霉素鏈霉素抗細菌抗細菌抗真菌抗真菌殺蟲、除草殺蟲、除草抗腫瘤等抗腫瘤等放線菌產生的次生代謝分子藥物放線菌產生的次生代謝分子藥物 （約（約8700種）種）.27放線菌產生的多種多樣的次生代謝產物Hygromycin B Kanamycin B Erythromycin Rifamycin SV Cephamycin C strep

10、tomycin Spinosyn AAbamectin Validamycin A .28ACTINOMYCETES ANTIBIOTICSInability of a test organism to grow in the presence of Streptomyces suggests antibiotic production by the latter .29How Antibiotic Activity is FoundReceive bacterial strains glass vialsFrom Indonesian Center forBiotechnology and

11、BiodiversityGrowth on agar platesCultivation in different growth mediaLiquid fermentationCrude extractsEthyl Acetate, n-ButanolMethanolAssay for antibiotic activityLCMS.30How the Extracts are Tested for Antibiotic Properties A 20 microliter quantity of the extracts is placed on a sterile paper disks

12、 The paper discs are placed on cultures of various bacteria and fungi and incubated overnight Examine for inhibition the next morning.31Characterization of Crude Extracts HPLC coupled with UV spectroscopy and mass spectrometry Search AntiBase databaseC:Xcalibur.screen-7-7-068319-EAM07/08/2006 07:43:

13、11 AMuAURelative Abundance8319-EAM #553-559 RT: 24.02-24.28 AV: 7 NL: 6.86E5T: + p ESI Full ms 150.00-2000.0020030040050060070080090010001100120013001400150016001700180019002000m/z020406080100Relative Abundance533.07453.47679.47475.53550.931064.93227.13701.671082.871615.53590.27192.93791.33 831.4032

14、3.331207.001672.601258.471965.13435.201000.531872.531817.871348.731457.40OOOOOONH2OHOHOHOHOHOHOHOHOOOOOONH2OHOHOHOHOHOHOHOOOOOONH2OHOHOHOHOHOHOHOHOHOHOHOOOOOONH2OHOHOHOHOHOHOHOHOHOHOHTetramycin ANystatinPolyene Macrolides.32Crude extract showing antibiotic activitySeparation by column chromatography

15、Assay for antibioticactivityPure compoundsBio-Activity Guided SeparationCharacterizationby TLC.33 Characterization of Pure CompoundsPure compoundsStructure determination usingAssay against pathogenic bacteriaOOOOOON H2O HO HOHOHOHO HO HO HOOOOOON H2O HO HOHOHOHO HO HOOOOOON H2O HO HO HOHOHO HO HO HO

16、 HO HO HOOOOOON H2O HO HO HOHOHO HO HO HO HO HO HTetramycin BAmphoteracin APolyene Macrolides1H-NMR13C-NMR 2D- NMR Infrared spectroscopy UV spectroscopy Mass spectrometry.34主要殺蟲抗生素阿維菌素（avermectin）梅嶺霉素（meilingmycin）密比爾霉素（Milbemycins ）多殺菌素（spinosad）瀏陽霉素（liuyangmycin）殺蚜素殺粉蝶素(Piericidin，韶關霉素)殺螨素 （tetran

17、actin ）華光霉素（nikkomycin）.35阿維菌素阿維菌素(avermectins ;AVMs) 又稱阿佛曼菌素,是一種具有抗寄生蟲活性的抗生素產生菌是阿維鏈霉菌( Streptomyces avermitilis) ,最初是1975 年日本北里研究所(Kitasato Institute) 從日本靜岡川奈市的一個土壤樣品中分離得到的。阿維菌素作為生物農藥的一種,自發(fā)現(xiàn)以來,已經受到越來越多的重視。阿維菌素不但具備一般生物農藥的特點,并且它的化學結構新穎,作用機制獨特,殺蟲活性強,殺蟲譜廣,被譽為20 年來抗寄生蟲藥物研究的重大突破。是目前生物農藥中最受歡迎和較具市場競爭的產品之一.

18、36阿維菌素產生菌.37阿維菌素結構大村智.38阿維菌素理化性質阿維菌素原藥為白色或黃色結晶體(含B1a80%,B1b20%)蒸氣壓200 ppm0.2 ppm草蛉200 ppm200 ppm0.2 ppmThis Spinosad material works well in IPM programs because it is selective in what it kills and tends to spare beneficial organisms. .55多殺菌素對哺乳動物等的毒性對小鼠半致死劑量超過5000mg/kg，大于蔗糖和食鹽 .56典型殺蟲劑產品用于棉田害蟲的脊椎動物

19、選擇性比率（VSR）化合物煙芽夜蛾LD50（g/kg）大鼠經口LD50（mg/kg）VSRDDT52152870.571.67硫丹硫丹73.3180.25甲基對硫磷甲基對硫磷11.665.090.140.77毒死蜱毒死蜱79.51351.70滅多威滅多威4.3326.7170.643.93高效氯氟氰菊酯高效氯氟氰菊酯0.9295660.3阿維菌素阿維菌素1.1610.611.39.19.74?，斁匕，斁?.1070700溴蟲氰溴蟲氰4.522345949.5100.7多殺菌素多殺菌素1.281.443783500026273906.57環(huán)境歸趨多殺菌素在環(huán)境中通過多種途徑組合的方式進行降解

20、，主要為光降解和微生物降解，最終變成碳、氫、氧、氮等自然組分?？紤]到它的中等土壤傳質系數(shù)Kd（4.3-322mL/g）、低于中等程度的水溶解度和在環(huán)境中的較短持久性，可見多殺菌素的瀝濾性能非常低，因此只要使用適當他就不會對地下水構成威脅。根據美國環(huán)保局（EPA）的規(guī)定不需要設置任何緩沖區(qū) .58多殺菌素的應用.59多殺菌素宣傳廣告.60多殺菌素主要劑型Suspension ConcentrateAn aqueous suspension is the primary formulation for delivering spinosad to the global marketplace. T

21、he concentration of spinosad ranges from 25 g ai/L to 480 g ai/L.Wettable-GranulesA 25% water dispersible granule is available in Japan.Fire Ant BaitA fire ant bait containing 0.015% spinosad is currently available for consumer use in the United States to control the Red Imported Fire Ant, Solenopsi

22、s invicta.Fruit Fly BaitA 0.02% spinosad bait concentrate is available to control a variety of fruit flies, including the Mediterranean fruit fly, Ceratitis capitata.61spinetoram 比多殺菌素殺蟲譜更廣，而且更加安全.62三種常見生物農藥特點比較項目多殺菌素阿維菌素B.t.活性組活性組分類型分類型十四元大環(huán)內酯十四元大環(huán)內酯十六元大環(huán)內酯十六元大環(huán)內酯蛋白蛋白作用作用對象對象棉鈴蟲、煙青蟲、小菜棉鈴蟲、煙青蟲、小菜蛾、薊

23、馬蛾、薊馬菜青蟲、小菜蛾、斜紋夜蛾、菜青蟲、小菜蛾、斜紋夜蛾、棉鈴蟲、煙青蟲、蚜蟲、木棉鈴蟲、煙青蟲、蚜蟲、木虱、桃小食心蟲、斑潛蠅、葉虱、桃小食心蟲、斑潛蠅、葉潛蠅、癭蠅、螨類等潛蠅、癭蠅、螨類等不同菌株作用對象專不同菌株作用對象專一性強一性強哺乳動哺乳動物毒性物毒性接近無毒接近無毒原藥高毒，制劑低毒原藥高毒，制劑低毒無毒無毒藥效藥效高效、速效、持久高效、速效、持久高效、速效、持久高效、速效、持久藥效差、慢、持效短藥效差、慢、持效短選擇選擇性性比阿維菌素大比阿維菌素大300-400倍倍選擇性較差選擇性較差選擇性高選擇性高應用應用噴藥后當天見效，殺蟲噴藥后當天見效，殺蟲速度可與化學農藥相媲速度可與化學農藥相媲美，安全采收期美，安全采收期1天天噴藥后當天見效，殺蟲速度可噴藥后當天見效，殺蟲速度可與化學農藥相媲美，安全采收與化學農藥相媲美，安全采收期期3-7天天殺蟲速度比較慢，安殺蟲速度比較慢