放线菌与抗生素

1、.1放线菌与农用抗生素夏海洋.2S. scabies.3放线菌的概念放线菌(Actinomycetes)是一类具有丝状分枝细胞和无性孢子的G+原核微生物,由于菌落呈放射状而得名。放线菌是一类介于细菌和真菌之间的单细胞生物.放线菌的细胞构造和细胞壁的化学组成与细菌相似,与细菌同属原核生物;放线菌菌体呈纤细的菌丝状,而且分枝,又以外生孢子的形式繁殖,这些特征又与霉菌相似.放线菌菌落中的菌丝常从一个中心向四周辐射状生长,因此叫放线菌.4放线菌分布放线菌分布主要存在于含有机质丰富的中性或偏碱性的主要存在于含有机质丰富的中性或偏碱性的土壤中，在空气、淡水和海水等处也有一土壤中，在空气、淡水和海水等处也有

2、一定的分布。定的分布。放线菌的生活类型：放线菌的生活类型： 腐生（多数）腐生（多数） 寄生（少数）寄生（少数）.5放线菌形态特征.6放线菌分类地位.7菌落形态与结构营养菌丝匍匐生长于培养基内，吸收营养营养菌丝发育到一定阶段，伸向空间形成气生菌丝气生菌丝发育到一定阶段，其上可分化出形成孢子的菌丝，即孢子丝.8放线菌菌丝的形态构造放线菌菌丝的形态构造根据形态和功能不同可分为：根据形态和功能不同可分为： 基内菌丝（营养菌丝）基内菌丝（营养菌丝） 气生菌丝气生菌丝 孢子丝。孢子丝。.9基内菌丝基内菌丝 培养基内匍匐生长的菌丝，无隔，培养基内匍匐生长的菌丝，无隔， 约约 0.2-0.8m。 通常会产生水

3、溶性或脂溶性色素通常会产生水溶性或脂溶性色素. 功能：吸收营养，所以又称营养菌丝。功能：吸收营养，所以又称营养菌丝。.10气生菌丝气生菌丝 由营养菌丝长出培养基外，伸向空间的菌由营养菌丝长出培养基外，伸向空间的菌丝。略粗于基丝丝。略粗于基丝0.5-1.2m，也有色素产生，也有色素产生。 功能：气生菌丝生长到一定阶段可分化出功能：气生菌丝生长到一定阶段可分化出繁殖结构，即孢子丝。繁殖结构，即孢子丝。.11孢子丝孢子丝 概念：可以形成孢子的菌丝（具分类价值），概念：可以形成孢子的菌丝（具分类价值）， 功能功能:繁殖。繁殖。 形态：直、波曲、螺旋形态：直、波曲、螺旋 着生方式：丛生、轮生着生方式：丛

4、生、轮生.12放线菌孢子丝类型：放线菌孢子丝类型：垂直垂直单轮单轮( (无螺旋无螺旋) )弯曲弯曲丛生丛生松环、初级螺旋松环、初级螺旋钩状钩状松螺旋松螺旋紧螺旋紧螺旋单轮单轮( (有螺旋有螺旋) )双轮双轮( (无螺旋无螺旋) )双轮双轮( (有螺旋有螺旋) ).13（二）形态与结构.14（二）形态与结构.15放线菌的主要属1 1、链霉菌属、链霉菌属( (StreptomycesStreptomyces) ) 产生许多著名的抗生素，如链霉素、红霉素、产生许多著名的抗生素，如链霉素、红霉素、四环素等。四环素等。2 2、诺卡氏菌属（、诺卡氏菌属（ NocardiaNocardia ） 烃类发酵，污

5、水处理烃类发酵，污水处理 ，产生抗生素（如万古，产生抗生素（如万古 霉素、头孢菌等）霉素、头孢菌等）3 3、小单孢菌属（、小单孢菌属（MicromonosporaMicromonospora) ) 可产生多种抗生素，如庆大霉素等。可产生多种抗生素，如庆大霉素等。4 4、放线菌属（、放线菌属（ActinomycesActinomyces) ) 多为致病菌。多为致病菌。 .16菌落形态菌落形态能产生大量分枝和气生菌丝的菌种（如链霉菌）不能产生大量菌丝体的菌种（如诺卡氏菌）菌落质地致密，与培养基结合紧密，小而不蔓延，不易挑起或挑起后不易破碎。粘着力差，粉质，针挑起易粉碎.17（三）生长与繁殖繁殖方式

6、无性孢子菌丝断裂凝聚孢子横隔孢子孢囊孢子分生孢子厚壁孢子存在多种孢子形成方式常见于液体培养中，工业发酵生产抗生素时都以此法大量繁殖放线菌细菌的芽孢是休眠体，而放线菌的孢子是繁殖体.18孢子链和孢囊孢子.19放线菌的主要属放线菌的主要属1 1、链霉菌属、链霉菌属( (StreptomycesStreptomyces) ) 产生许多著名的抗生素，如链霉素、产生许多著名的抗生素，如链霉素、红霉素红霉素、四环素、四环素等。等。2 2、诺卡氏菌属（、诺卡氏菌属（ NocardiaNocardia ） 烃类发酵，污水处理烃类发酵，污水处理 ，产生抗生素（如万古霉素、，产生抗生素（如万古霉素、头孢菌等）头孢

7、菌等）3 3、小单孢菌属（、小单孢菌属（MicromonosporaMicromonospora) ) 可产生多种抗生素，如庆大霉素等。可产生多种抗生素，如庆大霉素等。4 4、放线菌属（、放线菌属（ActinomycesActinomyces) ) 多为致病菌。多为致病菌。 .20放线菌生命周期孢子在适宜的条件下萌发，长出1-3个芽管气生菌丝营养菌丝繁殖菌丝（孢子丝）孢子丝释放孢子.21ACTINOMYCETES REPRODUCTION.22Secondary metabolites are produced at the end of the growth phase and during

8、 stationary phase.ACTINOMYCETES ANTIBIOTICS.23放线菌的应用 能产生大量的、种类繁多的抗生素，到目前为止，已分离得到的放线菌产生的抗生素达8700种以上。 生产维生素和酶 进行甾体转化、烃类发酵和污水处理.24抗生素定义 抗生素（antibiotics）是微生物、植物、动物在其生命活动过程中产生的（或并用化学、生物或生化方法所衍生的），在低微浓度下能选择性地抑制或杀灭他种生物机能的一类有机化合物。 抗生素是生物生长到一定条件下所产生的次级代谢产物（Secondary metabolite），是微生物对环境所做出的一种病态反应。.25微生物产生的生物活

9、性物质.26FK506Bialaphos杀念珠菌素杀念珠菌素 红霉素红霉素阿霉素阿霉素阿弗菌素阿弗菌素两性霉素两性霉素力复霉素力复霉素柔红霉素柔红霉素莫能霉素莫能霉素杀假丝菌素杀假丝菌素螺旋霉素螺旋霉素丝裂霉素丝裂霉素泰乐菌素泰乐菌素井岗霉素井岗霉素 链霉素链霉素抗细菌抗细菌抗真菌抗真菌杀虫、除草杀虫、除草抗肿瘤等抗肿瘤等放线菌产生的次生代谢分子药物放线菌产生的次生代谢分子药物 （约（约8700种）种）.27放线菌产生的多种多样的次生代谢产物Hygromycin B Kanamycin B Erythromycin Rifamycin SV Cephamycin C streptomycin

10、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 Biodiver

11、sityGrowth 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 The pap

12、er 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 07:43:11 AMuAU

13、Relative Abundance8319-EAM #553-559 RT: 24.02-24.28 AV: 7 NL: 6.86E5T: + p ESI Full ms 150.00-2000.0020030040050060070080090010001100120013001400150016001700180019002000m/z020406080100Relative Abundance533.07453.47679.47475.53550.931064.93227.13701.671082.871615.53590.27192.93791.33 831.40323.331207

14、.001672.601258.471965.13435.201000.531872.531817.871348.731457.40OOOOOONH2OHOHOHOHOHOHOHOHOOOOOONH2OHOHOHOHOHOHOHOOOOOONH2OHOHOHOHOHOHOHOHOHOHOHOOOOOONH2OHOHOHOHOHOHOHOHOHOHOHTetramycin ANystatinPolyene Macrolides.32Crude extract showing antibiotic activitySeparation by column chromatographyAssay fo

15、r 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 HO HO H

16、OOOOOON H2O HO HO HOHOHO HO HO HO HO HO HTetramycin BAmphoteracin APolyene Macrolides1H-NMR13C-NMR 2D- NMR Infrared spectroscopy UV spectroscopy Mass spectrometry.34主要杀虫抗生素 阿维菌素（avermectin） 梅岭霉素（meilingmycin） 密比尔霉素（Milbemycins ） 多杀菌素（spinosad） 浏阳霉素（liuyangmycin） 杀蚜素 杀粉蝶素(Piericidin，韶关霉素) 杀螨素 （tetran

17、actin ） 华光霉素（nikkomycin）.35阿维菌素 阿维菌素(avermectins ;AVMs) 又称阿佛曼菌素,是一种具有抗寄生虫活性的抗生素 产生菌是阿维链霉菌( Streptomyces avermitilis) ,最初是1975 年日本北里研究所(Kitasato Institute) 从日本静冈川奈市的一个土壤样品中分离得到的。 阿维菌素作为生物农药的一种,自发现以来,已经受到越来越多的重视。 阿维菌素不但具备一般生物农药的特点,并且它的化学结构新颖,作用机制独特,杀虫活性强,杀虫谱广,被誉为20 年来抗寄生虫药物研究的重大突破。 是目前生物农药中最受欢迎和较具市场竞争

18、的产品之一.36阿维菌素产生菌.37阿维菌素结构大村智.38阿维菌素理化性质 阿维菌素原药为白色或黄色结晶体(含B1a80%,B1b20%) 蒸气压200nPa, 熔点150155 21时溶解度在水中7.8ug/L、丙酮中100、甲苯中350、异丙醇70，氯仿25（g/L）。 常温下不易分解。在25，PH59 的溶液中无分解现象。.39阿维菌素的作用机理较高浓度(510-6mol）时，avermectin作为-氨基丁酸(gamma amino butyric acid，GABA）的激动剂引发突触前GABA的释放，GABA进而引起膜对Cl-通道性的增加，从而导致由GABA介导的中枢神经系统及神经

19、-肌肉间传导受阻。 在较低浓度时(210-12）， avermectin可以引起与GABA系统无关的Cl-通道的开放 avermectin的驱虫活性主要是由于药物引起由谷氨酸控制的Cl-通道的开放，从而导致膜对Cl-通道性增加， Cl-又可引起神经元休止电位的超极化，使正常的电动电位不能释放，神经传导受阻最终引起虫体麻痹死亡。哺乳动物外周神经传导介质为乙酰胆碱，以GABA作传导介质的神经仅存在于中枢神经系统，在正常使用剂量下，由于哺乳动物的血脑屏障作用，导致药物在中枢神经系统的分布浓度很低，不足以引起GABA的释放。 .40The Blood Brain Barrier.41阿维菌素簇化合物

20、阿维菌素(Abamectin) 伊维菌素(Ivermectin) 甲氨基阿维菌素苯甲酸盐(Emamectin bemoate) 乙酰氨基阿维菌素(Eprinomecfin) 道拉菌素(Doramecfin)等.42Emamectin.43Doramectin.44乙酰氨基阿维菌素.45Selamectin.466 种已产业化阿维菌素类药物.47多杀菌素的发现历程.48多杀菌素的结构OOOONR1R2H3CR21R16OR2CH3OR4OR3OOR6 Highly effective on many pest species Low application rates resulting in

21、low environmental load Safe for use with most beneficial insects Unique mode of action with no known cross-resistance Low mammalian toxicity Low avian and fish toxicityPresidential Green Chemistry Challenge Award.49Spinosyn构效关系.50Physical and Chemical Properties.51多杀菌素生产.52多杀菌素特点.53多杀菌素的作用机理.54多杀菌素和

22、氯氰菊酯对有益生物的毒性This Spinosad material works well in IPM programs because it is selective in what it kills and tends to spare beneficial organisms. .55多杀菌素对哺乳动物等的毒性对小鼠半致死剂量超过5000mg/kg，大于蔗糖和食盐 .56典型杀虫剂产品用于棉田害虫的脊椎动物选择性比率（VSR）.57环境归趋多杀菌素在环境中通过多种途径组合的方式进行降解，主要为光降解和微生物降解，最终变成碳、氢、氧、氮等自然组分。考虑到它的中等土壤传质系数Kd（4.3-

23、322mL/g）、低于中等程度的水溶解度和在环境中的较短持久性，可见多杀菌素的沥滤性能非常低，因此只要使用适当他就不会对地下水构成威胁。根据美国环保局（EPA）的规定不需要设置任何缓冲区 .58多杀菌素的应用.59多杀菌素宣传广告.60多杀菌素主要剂型Suspension Concentrate An aqueous suspension is the primary formulation for delivering spinosad to the global marketplace. The concentration of spinosad ranges from 25 g ai/L to 480 g ai/L.Wettable-Granules A 25% water dispersible granule is available in Japan.Fire Ant Bait A fire ant bait containing 0.015% spinosad is currently available for consumer use in the United States to control the Red Imported Fire Ant, Solenopsis invicta.Fruit Fly Bait A 0.02% spi