海洋微生物活性物质

1、海洋微生物活性物质的研究进展专业:生物工程姓名:李振森学号:4012010302海洋是生命的发源地,约占地球表面积的71%,其中生物种类20多万种,其多样性远远超过陆地生物的多样性。由于海洋环境具有高盐度、高压、低营养、低温和无光照等条件,从而形成了海洋生物与陆地生物不同的生长方式和代谢系统。近年来,随着人们对海洋生物研究的不断深入,发现了多种多样的生物及许多具有新颖、特异化学结构的生物活性物质。海洋生物活性物质主要包括生物信息物质、生理活性物质、海洋生物毒素及生物功能材料等。目前,从海洋生物中已相继发现300余种新型化合物,结构新颖并具有多样性:有枯类、聚醚类、当醇类、皂昔类、生物碱、多糖、

2、小分子肤、核酸及蛋白质等,并具有丰富的生理及药理活性,包括抗菌、抗肿瘤、抗病毒、防治心血管疾病、延缓衰老及免疫调节等多种功能。多年来,国内外一直致力于这方面的研究,试图从中开发结构明确,疗效肯定的新型生物活性物质,以用于攻克人类面临的重大疑难疾病,其中具有高生物活性和高选择性的海洋生物毒素备受重视,成为研究的热点。近年来,海洋生物毒素是海洋生物活性物。1、海洋抗肿瘤活性物质1.1海洋放线菌海洋有着极其丰富的放线菌资源,具有抗菌活性的海洋微生物中约有45%来源于放线菌。就目前的报道,海洋放线菌产生的活性物质大部分来源于小单孢菌属和链霉菌属。由于海洋放线菌所产生的代谢产物具有功能独特、结构新颖等特

3、点而受到人们的广泛关注,例如抗真菌、抗疟等功能。另一方面,陆生放线菌的不断开发,发现新的活性物质的可能性越发减少,迫使人们将目光转向海洋放线菌的开发。1991年Fenical小组1首次发现一属全新的需盐生长的特殊海洋放线菌Salinispora,其广泛存在于热带和亚热带海泥中。20032005 年Fenical小组从菌株Salinispora tropica CNB-392 中分离得到10个结构新颖的化合物2-4,其中化合物Salinosporamide A(13具有广阔的成药前景,对人结肠癌细胞的IC50为0.035 nmol /L,已作为癌症药物进入临床前研究5-6。2006年Fenica

4、l小组在Marinospora中另一菌株Salinispora pacifica CNS103中发现2个化合物cyanosporasides A(12 和cyanosporasides B( 137,再次证明了海洋放线菌次级代谢产物化学多样性。2006年Fenical小组又在菌株Salinispora arenicola CNR005的发酵液中发现2个聚酮类化合物saliniketal A(14和saliniketal B(158,其具有成为候选药物的潜力。之后,Fenical小组又发现专属海洋新属Marinispora,该属菌株CNQ-140次级代谢产物为大环内酯类化合物marinomyci

5、ns A-D( 1922 9,其中的marinomycins A 具有很强的细胞毒活性,对耐万古霉素的VRSF 和MRSA 的MIC90均达到13mol/L,但是,其对非白血性白血病癌细胞LC50约为50mol /L,只有微弱的抑制,表明这种化合物具有组织选择性1.2海洋真菌海洋真菌是海洋微生物的重要组成部分,据197年Okutani报道,未被研究的海洋真菌有2000040000种,巨大的海洋真菌资源有待研究与开发。许多科学研究表明,海洋真菌的次级代谢产物中70%80%具有生物活性。Alam等人从海洋真菌Lignincola laevis的发酵液中分离得到一种不寻常的二聚硫代磷酰肼,它对L12

6、10鼠白血病细胞具有强烈的抑制作用(0.25g/mL,这是首次报道的海洋真菌细胞毒活性代谢产物。Takahashi等在海洋底泥中分离到盐屋链霉菌Streptomyces sioyaensis SA一1785,代谢产物为结构新颖的生物碱Altemicindin,其对肿瘤细胞L1210的,IC50为0.84 g/ml,对IMC肉瘤细胞的,IC50为0.82 g/ml。日本Takahashi等10在海水中分离获得Penicillium sp.,菌体经过分离提纯得到2种次级代谢产物,其对培养的P388白血病细胞有细胞毒素活性。周世宁等11从海洋真菌体内分离到大环内酸胺化合macrolac- tin、a

7、heramide和多肽化合物obionin等,这些化合物都具有抗肿瘤活性。薛德林等12在辽宁近海区域8个地区102个定点的海泥中筛选到5株真菌和8株酵母菌,其中真菌多数属于曲霉属和青霉属,菌株HF9601、HF9601、HF9603对Hela、CCL ccL229有很强的抑制作用。王书锦等13在我国黄海、渤海、辽宁近海区域筛选出真菌500多株,其中12株能产生抗肿瘤活性先导化合物。1.3海洋海藻从根叶藻科松香藻Portieriahor nemannii 中分离到的卤化单萜化合物Halomon及其类似物对通常不敏感的癌细胞系具有选择性细胞毒活性,目前已进入临床前药理评估阶段14。褐藻中含较多的二

8、萜类,具有抗肿瘤及抗菌活性,其中尤以网地藻科Dictydaerae 研究较多,包括网地藻属Dictyota、褐舌藻属Sp atoglossum、棕叶藻属Stypopodium等;另外在喇叭藻Tur binariaornata中发现了一种角鲨烯型三萜T urbinaric acid,对小鼠黑色素瘤及人结肠癌细胞具有细胞毒性 14, 15。从羽藻属绿藻Bryop sis sp . 中分离到一种环缩肽Kahalalide F,可控制肺癌、结肠癌、前列腺癌等多种肿瘤,作为候选肺癌治疗药物已申请专利,作为肝癌治疗药物已进入II期临床试验1617。从软骨藻Chondria atropurpurea中分离到

9、了一种内酰胺Chondriamide A,对人类鼻咽癌和结肠癌细胞具有体外抑制活性16,18。汤海峰等从东南海的叶托马尾藻中以稻瘟霉模型筛选抗有丝分裂、抗真菌活性物质, 找到了两种具较广泛细胞毒活性的甾体化合物14,19,20。岩藻聚糖等海藻硫酸多糖也有抗肿瘤活性,药理研究表明海藻多糖的抗癌作用主要是通过增强病主的免疫系统实现的,包括刺激免疫细胞的增殖、激活吞噬细胞等,也有报道海带、马尾藻等褐藻中的岩藻聚糖可直接引起癌细胞凋亡(使其染色体被自有酶所降解,而正常细胞不受影响15,21,22。除了各种对癌细胞具细胞毒活性的化合物外,在海藻中还发现了肿瘤诱导分化物质,如从大团扇藻Padinacras

10、sa中分离到的7-羟基岩藻甾醇对白血病细胞具有明显分化诱导作用,现在正在寻找甾醇类物质使实体瘤及白血病细胞分化为近似正常细胞23。2、海洋抗菌活性物质2.1海洋放线菌许多放线菌的次生代谢产物具有医药和植物保护方面的用途,己广泛用作抗细菌、抗真菌和抗肿瘤药物。现在已发现的数万种微生物来源的生物活性物质中,约有70%是由放线菌所合成的。LAATsH研究组从太平洋Pohoiki湾红树林沉积样中分离到海洋链霉菌属(B7046,抗菌活性跟踪筛选得到一类大环内酷类化合物(ChalcomycinA和ChalcomyeinB。ChalcomyeinB为新化合物,对枯草杆菌、金黄色葡萄球菌等的MIC的质量浓度与

11、红霉素相当,尤其对金黄色葡萄球菌的MIC,其质量浓度达到0.39g/mL,显示出高效抗菌活性。CAPON等从维多利亚Lome 海岸采集到的海洋放线菌(MSTMA190培养液中分离到两个芳香氨基酸类化合物(LomealnidesA和B,研究表明,LomeamidesA对枯草杆菌的LD99质量浓度为50g/mL,具有中等抗生素活性。福建海洋研究所的方金瑞教授等首次报道由海洋耐盐、嗜碱放线菌产生的抗菌物质,它有强的耐盐能力,特别能在pH10的培养基里生长并产生抗菌物质。 KalaRR等从红树林底泥的放线菌中获得抗生素,对鱼类病原菌有一定的抗菌作用。厦门大学生物系在研究红树林根际微生物时,从中分离到多

12、株产生新型抗生素的放线菌。2.2海洋真菌不同的海洋真菌抗菌范围不同。日本学者Kobayashi等寻找到一种抑菌与致畸变作用很强的真菌,从250ml发酵液中得到发酵提取物约7mg的结晶。该化合物具有抗真菌活性及微弱的抑制微管蛋白聚集的作用。该真菌是从日本物p岛的礁石上采集到的,经鉴定为毛壳霉 (ChaetomiumsP.。Christo曲ersen等(1999从海洋动植物和海底沉积物中分离了227株真菌,用不同的培养基培养后提取无细胞抽提物,其中7株真菌提取物对溶血弧菌有活性,5株提取物对金黄色葡萄球菌有活性;Hller等(2000对分离自海绵的681株菌中的92株真菌的培养提取物进行抗微生物活

13、力测定,有63%的菌株可抑制至少一种指示菌,只有7%的提取物对大肠杆菌有活性,而36%的提取物对巨大芽饱杆菌有活性。李淑彬等对从10种不同海藻上分离的99株真菌进行了抑菌试验,结果表明,31.3%的菌株有抗菌活性,其中9株对海洋细菌和陆生细菌均有作用,尤其是指示菌费氏弧菌对21株拮抗真菌敏感,25.8%的菌株对大肠杆菌有拮抗活性。拮抗真菌的初步鉴定结果表明,有拮抗活性的菌株以青霉属为主,占总拮抗菌的71%。2.3海洋海藻海藻中的抗菌活性物质多为结构独特的卤代化合物、胆碱、酚类、萜烯类、单宁、多烯脂肪酸等。如,海门冬属含有抗菌活性的卤代甲烷;在松节藻科中含有较多具抗菌活性的溴酚类化合物;马尾藻和

14、某些红藻、绿藻均含有马尾藻素,为含硫、氮的酚类, 活性极强, 对很多微生物都有抑制作用;凹顶藻等中的卤代化合物, 钙扇藻、网地藻等海藻中的萜类化合物常具有抗菌活性25。另据报道,在Deliseapulchra中分离到的一种卤代呋喃酮具有良好的抗细菌活性, 可阻止多种病原菌聚集形成菌落, 将有可能用于治疗胆囊纤维化患者肺部的铜绿假单胞菌慢性感染26。2005年Fenical小组发现一个链霉菌新种27,在菌株CNQ-525中分离得到5个萜类化合物,其对耐药菌的生长具有很强的拮抗作用。3、海洋抗病毒活性物质3.3海洋海藻许多海藻多糖(多数为硫酸多糖具有抗病毒活性。一种基于角叉菜胶的阴道消毒剂Carr

15、aguard可有效抑制HIV 和其他性传播病原, 已经在南非和博茨瓦纳进入了期临床试验28。鹿角菜(Pelvetia siliquosa和墨角藻属褐藻(Fucus disti chus中的岩藻聚糖可抑制呼吸道合胞病毒RSV、人乙肝病毒HBV、人类免疫缺陷病毒HIV及人单纯疱疹病毒HSV等多种病毒。墨角藻Fucus vesiculosus、印度洋中的一种红藻、石莼Ulva lactuca中都发现了抗HIV等病毒活性的多糖。除了常见褐、红藻外, 太平洋裂膜藻(Schizyninia pacif ica中的硫酸多糖也可特异性抑制HIV病毒逆转录酶29。研究表明海藻多糖的抗病毒作用是主要通过增强免疫和

16、阻止病毒吸附两种途径实现的。另外其抗癌、抗病毒活性可能还与其可清除病理状态下白细胞呼吸爆发产生的过多活性氧(从而避免了正常生物大分子、细胞、组织、机体损伤有关30。4、展望随着海洋生物技术的发展,细胞工程、基因工程、发酵工程等技术手段的应用必将促进海洋生物活性物质的深入研究。目前,仅有少数发达国家开展了海洋微生物药物和生物活性物质的研究,获得了很好的结果,有些已表现出巨大的经济效益,显示了广阔的应用前景,这表明海洋微生物活性物质是重要的海洋药物资源。今后,我国海洋微生物活性物质研究与开发的重点应包括海洋微生物的分离、鉴定与保存、新型生物活性物质产生菌的筛选及其生物活性物质合成的机理研究、海洋微

17、生物大量培养技术、海洋微生物活性物质纯化技术与剂型研究等。随着现代生物技术和其它学科技术的应用,相信海洋微生物活性物质的研究与开发必将得到更多的重视和更大的发展。1JENSEN P R,DWIGHT R,FENICAL W.Distribution of actinomycetes in near-shore tropical marine sedimentsJ.Appl Environ Microbiol,1991,57( 4 : 1102-1108.2WILLIAMS P G,BUCHANAN GO,FELING R H,et al.New cytotoxic salinosporamid

18、es from the marine actinomycete Salinispora tropicaJ.J Org Chem, 2005,70( 16 :6196-6203.3FELING RH,BUCHANAN GO,MINCERTJ,et al.Salinosporamide A:A highly cytotoxic proteasome inhibitor from a novel microbial source,a marine bacterium of the new genus SalinosporaJ.Angew Chem Int Ed,2003,42(3 : 355-357

19、.4BUCHANAN GO,WILLIAMS P G,FELING R H,et al.Sporolides A and B:Structurally unprecedented halogenated macrolides from the marine actinomycete Salinispora tropicaJ.Org Lett,2005,7(13 :2731-2734.5VINCENT P G,JAMES M,KIN S L,et al.Drug discovery from natural productsJ.J Ind Microbiol Biotechnol,2006,33

20、( 7 :523-531.6SIMMONS T L,ERIC A,KERRY M,et al.Marine natural product as anticancer drugsJ.Mol Cancer Ther,2005,4( 2 :333-342.7OH DONG-CHAN,WILLIAMS P G,KAUFFMAN C A,et al.CyanosporasidesA and B,chloro-and cyano-cyclopentaindene glycosides fromthe marine actinomycete“Salinispora pacifica”J.Org Lett,

21、2006,8(6:1021-1024.8WILLIAMS P G,RATNAKAR N A,TAMARA K,et al.Saliniketals A and B,bicyclic polyketides from the marine actinomycete Salinispora arenicolaJ.J Nat Prod,2006,70(1 :83-88.9HAK C K,CHRISTOPHER A K,PAUL R J,et al.Marinomycins A-D, antitumor-antibiotics of a new structure class from a marin

22、e actinomycete of the recently discovered genus“Marinispora”J.J Am Chem Soc,2006,128( 5 :1622 -1632.10TAKAHASHI C,MINOURA K.A new Gliotoxin produced by Aspergillus sp.isolated from the Indian OceanJ.Tetrahedron Letters,1995,51(12 :3483 -3486.11周世宁,林永成,姜广策,等.海洋微生物的生物活性物质研究J.海洋药物,1997,32(3 :27-29.12薛德林,谢秋宏,马成新.中国辽宁近海地区海洋酵母菌与海洋真菌A review.Journal of Applied Phycology,2004,16:245262. 17 S paridans R W,St okvis E,J im eno JM,Lopez Lazaro L,Schellens JH, Beijnen JH.Ch emical and enzymatic stabilit y of a cyclic depsipeptide,the novel, marine- derived,anti- cancer agent kahala