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链霉菌分布广泛,陆地土壤、湖水、盐碱地、河流、海水甚至海底沉积物中都发现它的存在。链霉菌被人们深入研究还归功于它产生次生代谢产物具有很好的生物活性,主要有抗细菌、抗真菌、抗病毒、抗肿瘤、抗结核、免疫抑制等。目前为止,被人类所认知的活性次生代谢产物(核苷、多肽、糖肽、β-内酰胺及聚酮类化合物等),大约50%是由放线菌产生,其中约70%来自链霉菌。链霉菌更是聚酮类抗生素的主要贡献者,至今通过美国FDA认证的聚酮类药物超过40个,在工业、农业和医药方面都具有重要的商业价值。大环PEM是聚酮类化合物中一种具有特殊结构、功能的化合物,其良好的抗真菌活性使其成为临床应用中的一类不可或缺的药物。随着SARS、猪流感等新型疾病的出现以及在大量使用抗生素的过程中多重耐药性、高耐药性病原菌的出现,如何开发出新型、广谱、高效的药物将会是人类面临的巨大挑战。
在过去的50年里,人们主要从陆地上分离微生物,并从微生物的次生代谢产物中分离活性物质。近年来,从陆地微生物中分离活性物质的速率严重下降,对已知化合物的重分离比例越来越高。毫无疑问,天然产物开发过程将会面临着一系列的问题与挑战:如何开发结构、功能新颖化合物来源?如何在天然产物开发中提高“排重”效果?针对第一个问题,人们把目光投向了海洋;针对第二个问题,除了开发、发展分析技术的和搭建高通量筛选平台外,人们开展抗生素合成基因簇的研究,并以此为基础发展组合生物学,逐渐形成天然产物化学与分子生物学结合的跨学科研究。
本文首先以采自中国南海的海绵为对象,利用传统的细菌分离技术,从中分离到链霉菌78株。通过形态鉴定及16S rDNA分析,从中挑选代表性菌株进行保藏。另外,以枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)、金黄葡萄球菌(Staphylococcusaureus)、大肠杆菌(Escherichia coli)、酵母菌(Saccharomyces cerevisiae Hansen)和菌核菌(Sclerotinia Sclerotiorum)为指示菌株,其中是以酵母菌为指示菌的筛选试验中,成功筛选兼多种抗菌活性的菌株2S1、2S9、6G27和6G34等,并针对发酵产物开展初步的抗菌实验研究。
通过对多烯类抗生素合成基因簇的分析,深化该类化合物结构与基因功能的对应关系,从中发掘出属于该类结构化合物合成基因的特殊保守区域。本方法主要通过分析PEM化学结构保守区,并进一步分析其结构保守区的合成基因,从中发现属于该类化合物合成基因的特有同源保守序列,结合其他分子方法,分析多烯类抗生素合成基因的特异保守区,为以后依赖分子生物学筛选多烯类抗生素产生菌提供参考。
最后,分析活性筛选结果,选取链霉菌6G34为研究对象,确定发酵参数后,进一步对其代谢产物进行初步研究。通过活性跟踪法,结合硅胶柱层析、葡聚糖凝胶SephadcxLH-20柱和制备高效液相色谱等多种手段,对6G34发酵液的乙酸乙酯提取物进行分离纯化,快速确定其抑菌活性成分。
综上所述,本文以中国南海海绵为研究材料,利用传统的微生物分离手段,结合新开发的PEM产生菌筛选方法,目的开发中国南海海绵共附生链霉菌活性产物和功能基因。