芽孢桿菌抗菌物質(zhì)探索方法研究

趙鑫

隨著病原菌對(duì)抗生素耐藥性的嚴(yán)重增加，許多常規(guī)抗生素面臨藥效降低或者失效的問(wèn)題，以至于對(duì)全民的衛(wèi)生保健甚至生命安全造成威脅。此外，還會(huì)導(dǎo)致食品安全和農(nóng)作物病害問(wèn)題。目前，病原菌的生物控制方法發(fā)展迅速，其中由細(xì)菌產(chǎn)生的一些抗菌物質(zhì)已成功地用于食品，醫(yī)藥和農(nóng)業(yè)領(lǐng)域。芽孢桿菌是一種革蘭氏陽(yáng)性桿菌，具有分泌抑制病原菌的各種次級(jí)代謝物的潛力，下面對(duì)其抗菌物質(zhì)的探索方法進(jìn)行綜述。

傳統(tǒng)的微生物學(xué)分離和篩選技術(shù)

大多數(shù)已知的抗菌物質(zhì)都是使用傳統(tǒng)的微生物學(xué)分離和篩選技術(shù)發(fā)現(xiàn)的。其中包括一些高分子量蛋白類的抗菌物質(zhì)，而且還有低分子量的抗菌肽，在植物病害生物防治中具有巨大的應(yīng)用潛力。

該方式鑒定的化合物的優(yōu)點(diǎn)是檢測(cè)菌為野生型，在標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室條件下建立了分離方法并有一定的活性，不同于需誘導(dǎo)才能表達(dá)的“沉默”物質(zhì)。鑒定，純化和表征抗菌物質(zhì)的性質(zhì)是必要的。通常采用質(zhì)譜等技術(shù)對(duì)產(chǎn)生的物質(zhì)分子質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)。該技術(shù)的另一優(yōu)點(diǎn)是微生物培養(yǎng)方便快捷，抑菌具有可見(jiàn)性。該技術(shù)的主要缺點(diǎn)是要求廣泛的篩選來(lái)源，并且僅適用于在實(shí)驗(yàn)室條件下可以表達(dá)的產(chǎn)物。由于許多物質(zhì)具有相對(duì)窄的抑菌譜，篩選期間抗菌活性檢測(cè)具有十分重要的作用，指示菌的挑選十分關(guān)鍵。

基因組探測(cè)技術(shù)

隨著基因組學(xué)和測(cè)序技術(shù)的發(fā)展，使得利用基因組信息對(duì)抗菌物質(zhì)基因進(jìn)行快速鑒定和預(yù)測(cè)成為可能，同時(shí)增大了發(fā)現(xiàn)新物質(zhì)的機(jī)會(huì)。該技術(shù)不僅可以對(duì)抗菌物質(zhì)本身進(jìn)行預(yù)測(cè)和鑒定，還可以鑒定抗菌物質(zhì)生物合成的基因簇。目前研究者已經(jīng)創(chuàng)建了各種強(qiáng)大的基因組探測(cè)工具和廣泛的數(shù)據(jù)庫(kù)，如自動(dòng)基因組探測(cè)，預(yù)測(cè)和鑒定工具，即BAGEL3 （http：//bagel.molgenrug.nl）和antiSMASH （http：//antismash.secondarymetabolites.org）。

該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)之一是可以揭示大量各種已知的或未知的，活性的或沉默的基因編碼的抗菌化合物的基因簇。這一技術(shù)的另一優(yōu)點(diǎn)后續(xù)分析發(fā)現(xiàn)許多潛在但以前沒(méi)有報(bào)道生產(chǎn)抗菌物質(zhì)的菌株，并為潛在生產(chǎn)者進(jìn)行測(cè)序提供參考。這種技術(shù)存在的挑戰(zhàn)在于一些預(yù)測(cè)得到的新基因簇，經(jīng)過(guò)多次人工篩選鑒定后，有可能編碼新抗菌物質(zhì)，結(jié)合傳統(tǒng)分離技術(shù)進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

基因工程技術(shù)

目前基因工程技術(shù)廣泛應(yīng)用于抗菌肽的開(kāi)發(fā)中主要表現(xiàn)在核糖體合成途徑的基因編碼的細(xì)菌素上。因?yàn)榧?xì)菌素由基因直接編碼，通常比經(jīng)典抗生素更適合于工程改造。以羊毛硫抗生素為例，許多科學(xué)家通過(guò)定點(diǎn)誘變和隨機(jī)誘變等形式利用基因工程對(duì)其改造。通過(guò)對(duì)融合在羊毛硫抗生素中發(fā)現(xiàn)的不同修飾進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，得到一些具有新結(jié)構(gòu)物質(zhì)，為獲得大量不同結(jié)構(gòu)和活性的抗菌物質(zhì)開(kāi)辟了新的途徑。

面臨嚴(yán)峻的抗生素耐藥性危機(jī)，科學(xué)家已經(jīng)將注意力集中在通過(guò)生物工程構(gòu)建新的抗菌化合物，目的是獲得具有目的性的的抗菌作用機(jī)制的物質(zhì)。該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是具有相對(duì)高的產(chǎn)物產(chǎn)率和容易操作的下游加工步驟。該方法還可以使得能夠設(shè)計(jì)具有改善活性的新肽。合理利用結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系來(lái)設(shè)計(jì)基因工程抗菌物質(zhì)大大的增加了生產(chǎn)新的抗菌物質(zhì)的可能性，其中具有影響抗菌活性的化合物的結(jié)構(gòu)特征包括凈電荷，分子大小和結(jié)構(gòu)測(cè)定。因此可以從以上特征入手進(jìn)行改造。此外，結(jié)合基因組探測(cè)技術(shù)可以將檢測(cè)到的沉默的細(xì)菌素基因簇通過(guò)基因工程策略實(shí)現(xiàn)表達(dá)和生產(chǎn)。

結(jié)論與展望

本文闡述了用于發(fā)現(xiàn)芽孢桿菌的新型抗菌物質(zhì)的不同技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，各種技術(shù)方法可以綜合利用為后續(xù)食品安全和生物防治領(lǐng)域抗菌物質(zhì)的發(fā)掘提供了理論依據(jù)和新的思路。endprint