海洋放线菌多样性及其代谢产物研究进展
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海洋放线菌研究的新进展3刘妍 李志勇33(上海交通大学生命科学技术学院海洋生物技术实验室,上海 200240)摘 要: 海洋放线菌由于其独特的代谢途径和合成新颖抗生素的能力,已经广泛引起人们的关注。
本文就海洋放线菌在海洋环境中的分布、医药领域的应用及其相关研究方法进行了综述。
关键词: 海洋放线菌 分布 抗生素 研究方法N ew R esearch Progress of Marine Actinomycetes3Liu Yan Li Zhiyong 33(M arine B iotechnology L aboratory ,S chool of L i f e S cience and B iotechnolog y ,S hanghai J iao Tong Universit y ,S hanghai 200240)Abstract : Great attentions have been paid to marine actinomycetes for their particular metabolic pathway and the ability to synthesize new antibiotics.This review summarized new development on the distribution ,pharmaceuti 2cal application and research approach of marine actinomycetes.K ey words : Marine actinomycetes Distribution Antibiotics Research approach 放线菌(acti nom ycetes )是一类高(G +C )%的革兰氏阳性细菌。
自1875年Cohn 从人泪腺感染病灶中分离到一株链丝菌(st reptot hri x )以来,放线菌由于其拥有独特的合成多种结构复杂的次生代谢产物的能力引起了人们的广泛关注。
海洋放线菌及其生物活性的研究唐婧媛薛永常唐婧媛,大连工业大学生物工程学院,116034,大连市甘井子区轻工苑1号。
薛永常(通讯作者),单位及通讯地址同第一作者。
收稿日期:2010-08-17放线菌(actinomycetes )是一类具有分枝状菌丝体的高(G+C )%/mol 的革兰氏阳性菌,因早期发现其类群的菌落呈放射状而得名。
放线菌广泛存在于不同的自然生态环境中,种类繁多、代谢功能各异,其特有形态和生物学特性是研究生物形态发育和分化的良好材料;许多放线菌能产生生物活性物质,是一类具有广泛实际用途和巨大经济价值的微生物资源[1]。
目前分离得到的放线菌绝大多数来源于土壤,陆生放线菌产生的抗生素占天然来源抗生素的70%以上。
但陆生放线菌中能分离出的先导化合物数量毕竟有限,近20年来人们把目光投向了海洋[2]。
海洋占地表面积的71%,海洋生物物种比陆地生物丰富和复杂,生活环境比陆地生物迥异,因此,具有一些特殊的结构和功能,以维持其生命活动。
海洋放线菌因其生活的高盐、高压、低温与低营养等特殊环境而产生其独特的代谢方式,这既确保了在极端环境中生存,也提供了产生抗生素的潜力。
海洋放线菌是新药开发和天然活性产物的重要来源,海洋放线菌的生物多样性是代谢产物功能多样性的基础,因此,研究可培养放线菌的生物多样性具有重要的意义。
1海洋放线菌的多样性海洋环境特殊多样,赋予海洋中的放线菌种类繁多,常见的包括诺卡菌属(Nocardia)、链霉菌属(Streptomycetes)、小单孢菌属(Micromonospora)、放线菌属(Actinoplanetes)等[3]。
据报道可分离到的海洋放线菌近乎分布于海洋各个角落,包括海水、海泥、海底沉积物、海洋动植物等。
Han 等(2003)从东海Amursky海湾的海水中分离得到3株海洋放线菌,其中一株经鉴定属于新分离的一个属,Salinibacterium 属,具有耐盐的作用[4]。
海洋微生物活性代谢产物研究进展摘要:由于海洋环境的特殊性,从海洋微生物中筛选生物活性物质具有广阔的开发应用前景。
本文综述了近年来产生活性物质海洋微生物代谢产物的研究进展情况。
关键词:海洋微生物;活性物质;代谢产物;筛选方法Research progress on secondary metabolites of marine microorganism(1. Shaoyang Environmental Protection Research Institute, Shaoyang422000,China 2. Faculty of Materials and Metallurgical Engineering, Kunming University of Science and Technology, Kunming 650093,China;) ABSTRACT:It has powerful potential to produce bioactive substances from marine microbe owing to the special ocean condition.This artice summarized the development of study on marine microbe bioactive substances.KEY WORDS:marine microorganism; bioactive substances; secondary metabolites; method of screening一、前言海洋是地球上最大的生态环境,具有丰富的环境资源,占有约80%的地球生物。
相比陆地微生物,海洋微生物是地球上尚未充分开发的自然环境。
经过几十年的开发,现在要从陆地微生物找到新的活性物质的几率正逐渐下降,并且开发的重复率几近95%,转向从海洋微生物环境中寻找新的活性物质不失为一个很好的解决方法,还有众多类似的现象迫切需要大力开发海洋微生物[1,2]。
第11卷 第6期大 学 化 学1996年12月海洋微生物活性代谢产物化学林永成 周世宁 乐长高(中山大学化学系 广州510275) 摘要 90年代以来,海洋微生物代谢产物的研究取得了很大的进展;从微生物中分离到不少结构新奇、有特殊生物活性和有潜在实用意义的新化合物,发现了一些不寻常的生源合成过程。
海洋微生物被认为是21世纪生物活性物质的新源泉。
一 海洋微生物代谢物的研究意义 1. 微生物对化学和药物学科的发展起着极其重要的作用 自从1929年发现微生物产生青霉素以来,已证明细菌和真菌是结构奇特的生物活性物质的丰富源泉。
在过去60多年中,已经从微生物中发现了30000—50000种天然产物,其中10000多种有生物活性,8000多种是抗菌和抗肿瘤剂[1-2]。
就人们熟知的抗生素而言,迄今通过发酵法生产的产品就有100多种,通过半合成法生产的有50多种。
全球抗生素年产量超过100000吨,产值为50亿美元。
这些药物抵抗着人类多种严重危害生命的疾病,包括肿瘤疾病。
抗生素类药物不但是人类健康的捍卫者,对这些抗生素化学结构与药效关系的研究,它们的合成研究,已推动了有机化学的发展。
从陆地微生物中探查筛选天然药物的工作一直未停止过,此工作估计每年耗资90亿美元。
然而发现新的代谢产物的速度正在减小,目前分离到的所有微生物代谢产物大部分是已知化合物。
另一方面,传染性病菌对传统抗生素的抗药性正在迅速发展。
过去几十年曾一度被控制住的一些疾病,又开始蔓延。
肺结核病是一个例子。
1993年世界卫生组织(WHO)宣布全球处于紧急状态,此种病每年夺去三百万人的生命。
据报道目前有12种重要病菌有抗药性。
令人更担忧的是:一些本来属于一般性的细菌感染,由于抗生素不能控制而最终可能成为严重疾病。
故此寻找天然生物活性产物的新源泉成了当务之急。
近几年,科学家已注意到了另一个极有前景的药物新来源,这就是海洋微生物。
2. 海洋微生物是新的生物活性物质的源泉 海洋占地球表面积70%,海洋微生物无论从数量上或是多样性方面都是很大的。
北极海洋沉积物中放线菌多样性及抑菌活性筛选作者:常显波,柳瑞翠,刘文正,等来源:《湖北农业科学》 2014年第13期常显波1,柳瑞翠1,刘文正2,张晓华2(1.烟台大学环境与材料工程学院,山东烟台264005;2.中国海洋大学海洋生命学院,山东青岛266003)摘要:采用平板涂布法利用6种培养基从北极海洋沉积物中共分离出109株放线菌。
选取34株代表菌株进行16SrDNA测序分析。
结果表明,它们分属于链霉菌属(Streptomyces)、假诺卡氏菌属(Pseudonocardia)和拟诺卡氏菌属(Nocardiopsis),其中Streptomyces为优势菌属;不同采样点获得放线菌的种类和数量有较大不同,站位点P37分离到的放线菌数量和种类最多;在109株放线菌中,有39株对病原菌有抑菌活性,其中有21株、11株和17株放线菌分别对枯草芽孢杆菌、大肠杆菌和金黄色葡萄球菌生长有抑制作用。
关键词:北极;海洋沉积物;放线菌;多样性;抑菌活性中图分类号:Q939.99文献标识码:A文章编号:0439-8114(2014)13-3014-05自从Ekelof1908年首次报道从南极分离出微生物后,各国的微生物学家相继在极地进行过大量的研究工作,证明了微生物是极地生态系统的重要组成部分,特别是在极地的海水、海冰、海底沉积物中存在着各种类型的微生物[1]。
由于极地所处的地理位置比较特殊,从而形成了一个寒冷、干燥、强辐射的环境条件,生存于其中的微生物必须具备相应独特的分子生物学机制和生理生化特征去适应这样的极端环境,特别是对于能够产生多种次级代谢产物的放线菌来说,极地应该是产生新型生物活性物质的放线菌菌株的重要生存繁衍之地[2,3]。
对极地海洋沉积物中的放线菌进行分离培养、鉴定、抗菌活性等方面的研究,有利于进一步了解、开发和利用该地区放线菌资源。
为此,对来自北极的10份海洋沉积物样品进行放线菌的分离培养,通过16SrDNA序列测定,对分离出的菌株进行分子鉴定和系统发育分析,再对放线菌株进行抗菌活性筛选,希望能为今后极地海洋放线菌资源的研究和开发利用提供有价值的参考。
红树林放线菌生物多样性及其抗菌活性代谢产物研究进展徐静;邹仁健;陈红军;温珍昌【期刊名称】《广东海洋大学学报》【年(卷),期】2022(42)6【摘要】【目的】综述红树林来源放线菌的生物多样性,及其代谢的抗菌活性产物方面的主要研究成果,为红树林放线菌资源以及抗生素类先导物的开发和应用奠定基础。
【方法】在阐述红树林来源放线菌的生物多样性及其抗菌活性代谢产物的基础上,综述红树林放线菌的来源、鉴定方法、分布科属、优势菌属,并概括了红树林放线菌来源抗菌活性成分的结构类型、抗菌活性谱、最小抑菌浓度和产业应用前景。
【结果】红树林地处热带和亚热带陆地与海洋之间的过渡地区,微生物资源极其丰富,2014年以来分离出上千株放线菌绝大多数来自于土壤,分布于35科96属,其中链霉菌和小单孢菌属为优势菌属,描述化合物73个,结构类型涉及生物碱、大环内脂类、萜类、酚类、黄酮类、肽类,其中34个是自2014年以来发现的并对该领域存在的问题和今后研究策略提出了建议。
【结论】红树林放线菌在医药、农业及食品行业中具有广阔的应用前景,是获得新型抗生素类次生代谢产物的重要资源。
【总页数】10页(P143-152)【作者】徐静;邹仁健;陈红军;温珍昌【作者单位】海南大学化学工程与技术学院;海南省精细化工工程技术研究中心;海南大学理学院【正文语种】中文【中图分类】S718.83【相关文献】1.红树林放线菌生物多样性及其代谢产物的研究进展2.红树林放线菌及其代谢产物多样性3.红树林放线菌Stremptmeces costaricanus SCSIO ZS0073抗菌活性次级代谢产物的研究4.昆虫共生放线菌多样性、功能及其活性次生代谢产物研究进展5.植物内生放线菌多样性及其活性代谢产物的研究进展因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
・综述・海洋放线菌多样性及其代谢产物研究进展△王海雁,刘健,赵淑江3(温州医学院环境与公共卫生学院,浙江温州325035)摘 要:海洋放线菌由于能够产生结构新颖、功能多样的活性物质,成为天然活性产物和新药开发的重要来源,日益受到人们的关注。
本文综述可培养海洋放线菌的多样性及近几年海洋放线菌活性代谢产物的研究进展,重点描述了一些活性代谢产物的结构及其相关生物活性。
关键词:海洋放线菌;多样性;活性代谢产物;生物活性中图分类号:R915.1 文献标识码:A 文章编号:100223461(2010)0120067208 放线菌具有复杂的形态分化过程和合成种类丰富的次级代谢产物的能力,人们对陆生放线菌的多样性及其代谢产物进行了广泛深入的研究,取得了一系列成果。
但现在从陆生放线菌中发现新的活性物质变得日益困难,迫使人们将目光转向海洋环境中的放线菌等微生物。
海洋微生物资源丰富。
20世纪30年代, ZoBell等发现了海水的杀菌作用[1]。
随后,各国对海洋微生物资源开发力度逐渐加强,海洋微生物来源的各种活性物质的开发研究进展迅速。
研究发现,大约有27%种属的海洋微生物具有抗菌活性[2],其中来源于放线菌的活性代谢产物约占微生物来源的活性化合物的45%,结构新颖的海洋放线菌代谢化合物的发现为抗生素的研究开创了新的途径[3]。
科学工作者对海洋放线菌进行了多方面的研究,包括微囊化技术、噬菌体定向筛选等许多培养、分离等方面的新技术得到应用,海洋放线菌研究得到很大进展[4]。
据不完全统计,在21世纪从海洋放线菌中分离到的结构新颖化合物的数量是上个世纪的两倍之多。
这些新化合物具有独特结构、特殊生理活性,例如抗肿瘤[5]、抗真菌[6]、抗疟[7]以及杀虫功能[8,9]。
海洋放线菌活性代谢物潜在的应用价值,使该庞大的海洋微生物类群有可能成为抗生素类药物的重要来源。
1 海洋放线菌的多样性海洋放线菌具有丰富的多样性,按其生活环境可大体分为共生海洋放线菌、极端环境海洋放线菌、海洋固有放线菌,主要包括链霉菌属、小单孢菌属以及诺卡氏菌、红球菌、游动放线菌等稀有属种。
就目前的报道显示,海洋放线菌的活性产物大部分产自链霉菌属、小单孢菌属。
海洋放线菌广泛栖息于动植物体表、体内、海水及海底沉积物中[10]。
最早报道成功分离海洋放线菌的例子为1975年日本东京大学微生物所Okami小组从相模海湾(Sagami Bay)沉积物中分离出能产抗生素的钦氏菌属放线菌Chai ni a p ur2 p urogena SS2228[11]。
1976~1982年间该小组先后从该海湾附近的海洋沉积物中发现了产除疟霉素族抗生素的S t re ptom yces g riseus SS220[12],产天神霉素的st reptom yces tenj i nm ariensis SS2 939[13],产胞外多糖Marinactan的Fl avobacteri2 um uli gi nos um M P255[14]。
此后,海洋放线菌的多样性引起了其他科学家的重视。
海洋生物共附生有大量的放线菌,尤其是具有独特生理结构的原始多细胞动物———海绵,其体内的共生放线菌一直是人们研究的重点。
早期对海绵共生放线菌进行分离时就得到了Gordonia 属、Micrococcus属、B rachybacterium属、Aci dimi2 crobium属以及Microthrix parvicella属[15]。
近期张76①△基金项目:浙江省技术厅面上项目(2009C33004),温州市科技计划资助项目(Y20080092)作者简介:王海燕,女,硕士E2mail:wangyan2190707@3通讯作者:Tel:0577286699553,E2mail:zsj62@海涛等[16]也成功地从黄海繁茂海绵中分离到了S t re ptom yce、N ocardi a、N ocardiopsis、R hodococ2 cus、M icromonos pora、Pseu donocardi a、A cti no2 alloteichus等7个属。
Pimentel2Elardo等[17]从菲律宾宿雾岛橘红海绵中分离到一株新的放线菌S accharopol ys pora cebuensis sp.nov.。
近年来从其他海洋生物如海参、海胆、海葵、贝类、海兔、珊瑚、石莼,羊栖菜、裙带菜等动植物中分离出共附生海洋放线菌的报道也日益增多。
海水中也存在着很多浮游的放线菌。
Y oshi2 da在对太平洋、中国东海和东京海湾放线菌的研究中分离到S t reptom yces、M icromonos pora、M icrobis pora、S ali nis pora和A cti nopl anes属。
并且发现各个海域里的放线菌种群构成各不相同,太平洋和东京海湾的放线菌种群从海水表面至水深100m呈垂直分布,水深200m~1000m的放线菌种群分布相似。
而在东京海湾中放线菌种群的构成呈季节式变化[18]。
近期Lee等从韩国济州岛海域中分离到一株新的放线菌A eromicrobi umponti sp.nov.[19]。
腐殖质含量丰富的海洋沉积物是海洋放线菌的另一主要的栖息场所,从离海岸较近的浅滩到深达几千米的深海沉积物中,均有海洋放线菌的存在。
新近报道的从海洋沉积物中分离到的海洋放线菌种属包括S t reptom yces、N ocar di a、N ocar2 diopsis、R hodococcus、N onom uraea、N onom uraea、M icromonos pora、Pseu donocar di a、Gordoni a、Derm acoccus、S ali nis pora、M ari nos por、Dietz i a、S accharopol ys pora、S accharomonos pora、V erru2 cosis pora和A cti nom ad ura等17个属[15,20~24]。
研究表明,海洋沉积物中的放线菌以链霉菌比例最高,小单胞菌次之,游动放线菌等其它菌属较少,链霉菌属和小单胞菌属为海洋沉积物的优势菌群。
更值得注意的是,在28℃、常压、1/4浓度的林格氏液等培养条件下从世界最深海域马里亚纳海沟沉积物中分离出了只在陆生环境中发现过的Derm acoccus和Ts uk am urell a属的菌种,进一步的分析表明所分离的样品也未受到陆生放线菌的污染[21]。
当海洋放线菌S ali nis pora属被确定为第一个被发现的海洋特有放线菌属后[25],“海洋固有放线菌”这一概念才真正被人们所接受。
最新研究表明,根据菌株对各种生长指标(盐度、温度、压强)的需求将已分离出来的M ari nos por、Dietz i a、A eromicrobi um、M ari num、S ali nibacteri um属也鉴定为海洋固有放线菌[20,23],并且某些种属具有产生活性代谢产物的能力[23,26,27]。
以上研究可以看出,可分离的海洋放线菌的多样性与样品来源及其生态地理环境有着密切的关系,从海洋生物分离的共附生放线菌比海洋沉积物中分离的放线菌有着更高的种属多样性。
2 海洋放线菌代谢产物的成分及结构海洋放线菌代谢产物结构新颖、活性独特,活性产物的多样性仅次于海洋真菌。
近期,国内外的相关研究表明,已发现的海洋放线菌所产活性代谢物质主要涉及环二肽类、吡喃酮类、含羰基羟基类、含氮类等。
2.1 环二肽类环二肽类主要包括:环(丙2亮)二肽(1)[28]、环(苯丙2甘)二肽(2)[28,29]、环(脯2缬)二肽(3)[30,31,32]、环(缬2亮)二肽(4)[30]、环(缬2异亮)二肽(5)[30]、环(脯2亮)二肽(6)[30~33]、环(脯2酪)二肽(7)[31,32,34]、环(脯2甘)二肽(8)[29~32,34]、环(脯2异亮)二肽(9)[30]、环(丙2甘)二肽(10)[29]、环(亮2甘)二肽(11)[28,32]、环(脯2丙)二肽(12)[35]、环(羟脯2亮)二肽(13)[28]、环(缬2丙)二肽(14)[28,33,35]、环(羟脯2苯丙)二肽(15)[28]、环(酪2亮)二肽(16)[29]、环(异亮2丙)二肽(17)[28]、环(丙2苯丙)二肽(18)[29,32]、环(酪2甘)二肽(19)[28]、环(脯2苯丙)二肽(20)[28,29,32]等解修超等还从海洋放线菌S t reptom yces sp. 124092发酵液的提取物中分离得到一种特殊类型的环二肽化合物62Amino232(42hydroxy2benzyl)21, 42diazo nane22,52dione(21)[36]。
2.2 吡喃酮类Hu等[37]从海洋链霉菌S t reptom yces sp. 060524中分离得到5种异黄酮:genistein(22), glycitein(23),daidzein(24),3’,4’,5,72 tetra2hydroxyisoflavone(25)和3’,4’,72 t rihydroxyisofl avone(26),其他科学家也从海洋放线菌中得到了genistein[29,38,39]、glycitein[40]和daidzein[29,38,39]。
86 张群等[41]分别从放线菌株L158和B7651中分离到结构新颖的代谢产物uaiomycin(27)和bremeromycinA(28)。
解修超等[42]从海洋链霉菌菌株124092中分离到Daidzein类似物(29)和7,4’2二羟基异黄酮(30)。
2.3 含羰基羟基类醛酮化合物:王健等[43]从黄直丝链霉菌S t re ptom yces f l avorect us Z42007中分离到12(2, 42二羟基23,52二甲基苯基)2(2E,4E)2己二烯212酮(31)。
Sunga等[44]从海洋放线菌N PS8920分离出一组结构新颖的化合物42恶唑烷酮抗生素lipoxazolidinone A,B和C(32)。
酯和游离羧基化合物:陈光英等[33]从中国南海红树根部土壤放线菌S t re ptom yces sp.V5中分离到八元环内酯化合物octalactin C(33)。
张群等[41]分别从放线菌株L158和B7651中分离到结构新颖的具γ2内酯结构的化合物52(62hydroxyl2 62met hylheptyl)dihydrof uran22(3H)2one(34)和(1’R,2R,4R)222(12hydroxyl282met hylnonyl)242 hydroxymet hyl2butanolide(35)。