海洋放線菌及其生物活性的研究

唐婧媛 薛永常

放線菌（actinomycetes）是一類具有分枝狀菌絲體的高（G+C）%/mol的革蘭氏陽性菌，因早期發(fā)現(xiàn)其類群的菌落呈放射狀而得名。放線菌廣泛存在于不同的自然生態(tài)環(huán)境中，種類繁多、代謝功能各異，其特有形態(tài)和生物學特性是研究生物形態(tài)發(fā)育和分化的良好材料；許多放線菌能產(chǎn)生生物活性物質(zhì)，是一類具有廣泛實際用途和巨大經(jīng)濟價值的微生物資源[1]。

目前分離得到的放線菌絕大多數(shù)來源于土壤，陸生放線菌產(chǎn)生的抗生素占天然來源抗生素的70%以上。但陸生放線菌中能分離出的先導化合物數(shù)量畢竟有限，近20年來人們把目光投向了海洋[2]。海洋占地表面積的71%，海洋生物物種比陸地生物豐富和復雜，生活環(huán)境比陸地生物迥異，因此，具有一些特殊的結(jié)構(gòu)和功能，以維持其生命活動。海洋放線菌因其生活的高鹽、高壓、低溫與低營養(yǎng)等特殊環(huán)境而產(chǎn)生其獨特的代謝方式，這既確保了在極端環(huán)境中生存，也提供了產(chǎn)生抗生素的潛力。海洋放線菌是新藥開發(fā)和天然活性產(chǎn)物的重要來源,海洋放線菌的生物多樣性是代謝產(chǎn)物功能多樣性的基礎,因此，研究可培養(yǎng)放線菌的生物多樣性具有重要的意義。

1 海洋放線菌的多樣性

海洋環(huán)境特殊多樣，賦予海洋中的放線菌種類繁多，常見的包括諾卡菌屬 (Nocardia)、鏈霉菌屬(Streptomycetes)、小單孢菌屬(Micromonospora)、放線菌屬(Actinoplanetes)等[3]。據(jù)報道可分離到的海洋放線菌近乎分布于海洋各個角落，包括海水、海泥、海底沉積物、海洋動植物等。Han等（2003）從東海Amursky海灣的海水中分離得到3株海洋放線菌，其中一株經(jīng)鑒定屬于新分離的一個屬，Salinibacterium屬，具有耐鹽的作用[4]。趙心清[5]從大連小平島地區(qū)海面下10～20 m處海參飼養(yǎng)區(qū)附近的海泥樣品中分離出5株海洋放線菌,5 株放線菌(S097、S187、S233、S239、L180)分別與 Streptomyces argenteolus CGMCC 4.1693、S.flavofuscus NRRL B-8036、S.variabilis NRRL B-3984T、S.1itmocidini NRRL B-3635 和 S.sulphureus NRRL B-1627T顯示出最高的序列同源性(99%)，這是這些菌種首次在大連地區(qū)的海泥樣品中得到分離。Magarvey等（2004）[6]用一種獨特的選擇性培養(yǎng)方法從新幾內(nèi)亞的所羅門海海底沉積物中分離到了2種新的放線菌,它們都屬于Micromonosporaceae屬,并且對多種病原菌、腫瘤細胞和牛痘病毒的復制都具有抑制作用。張海濤等[7]在大連海域的黃海繁茂海綿中分離到了7屬106株海洋放線菌,包括鏈霉菌屬 (Streptomyces)、諾卡氏菌屬(Nocardia)、擬諾卡氏菌屬(Nocardiopsis)、紅球菌屬(Rhodococcus)、小單胞菌屬(Micromonospora)、假諾卡氏菌屬(Pseudonocardia)和異壁放線菌屬(Actinoalloteichus)。Ginger從Bahamas群島的海底沉積物和動物身上提取到3株海洋放線菌，經(jīng)鑒定都屬于熱帶Salinispora屬，隨后用低鹽度的培養(yǎng)基培養(yǎng)，這3株放線菌仍然長勢良好，說明Salinispora屬的放線菌不只在海水中培養(yǎng)也可在低鹽的環(huán)境中成長[8]。Hak從海水中分離得到一株海洋放線菌CNQ-140,屬于新屬Marinispora，并且發(fā)現(xiàn)它具有兩個新的大環(huán)內(nèi)酯結(jié)構(gòu)[9]。以上可以看出，大部分海洋放線菌的分離是來自于海泥，而深海沉積物、海水和一些極端環(huán)境條件下分離得到放線菌也鮮有報道，充分說明了海洋放線菌分布的廣泛性與多樣性，而其中一些具有特殊結(jié)構(gòu)功能和生物活性特質(zhì)的放線菌，也引起了人們深入研究的廣泛興趣。隨著分離技術(shù)的不斷發(fā)展與進步，一些極端海洋放線菌的分離培養(yǎng)也將逐步實現(xiàn)，這對探索和研究海洋放線菌的多樣性提供了幫助。

2 海洋放線菌的生物活性物質(zhì)

在海洋環(huán)境中，放線菌是一類研究較少的微生物，許多種屬能產(chǎn)生多種生物活性物質(zhì)。近年來，從海洋放線菌中分離得到了許多結(jié)構(gòu)新穎且具有不同生物活性的化合物。已報道的生物活性主要包括抗菌、抗病毒、抗腫瘤、免疫抑制、酶及酶抑制、維生素、毒素等，其中又以抗腫瘤活性為之中的一個熱點和重點。

2.1 海洋放線菌抗腫瘤活性物質(zhì)

江紅等（2007）[10]從海洋碳樣小單胞菌中分離得到2個化合物FW63511和FW63512，分別與異黃酮大豆黃素和染料木素同質(zhì)，它們具有免疫抑制和抗腫瘤活性。2009年[11]又從福建東海海灘的樣品中分離到一株海洋來源的放線菌FIM02-523，在篩選抗腫瘤抗生素過程中發(fā)現(xiàn)，其發(fā)酵液提取物抗生素Rakicidins具有抗腫瘤活性，能特異性抑制乏氧腫瘤細胞的生長。Charan等[12]從一株海洋小單胞菌中分離得到一種生物堿類化合物Diazepinomicin，體外試驗顯示出了極強的細胞毒活性，并對小鼠體內(nèi)神經(jīng)膠質(zhì)瘤、乳腺瘤及前列腺瘤細胞有殺傷作用。此化合物目前已經(jīng)進入臨床試驗階段。Streptomycesaureoverticillatus NPS001583是來自于海底沉積物的鏈霉菌,它能代謝產(chǎn)生一種22個原子的大環(huán)內(nèi)酰胺Aureoverticillactam，Aureoverticillactam對多種腫瘤細胞有細胞毒性[13]。袁獻溫[14]從連云港海域采集所得的海泥樣品中分離出放線菌ACMA006，該菌發(fā)酵液對人宮頸癌細胞、肝癌細胞、大腸癌細胞以及小鼠骨髓瘤細胞等20多種腫瘤細胞具有很強的細胞毒性。趙文英等從青島膠州灣分離出1株海洋放線菌Streptomyces sp.3275，從中分離到7個化合物，其中，環(huán)二肽類化合物環(huán)(脯氨酸-酪氨酸)，環(huán)(脯氨酸-甘氨酸)，環(huán)(脯氨酸-亮氨酸)對溫敏性小鼠乳腺癌細胞tsFT120顯示弱的增殖抑制活性[15]。Kosinostatin從海洋小單胞菌屬 Micromonospora sp.TPA0468的培養(yǎng)液中分離得到的一類醌環(huán)類抗生素。其對人的骨髓性白細胞U937細胞有明顯的細胞毒性[16]。曾偉等從海洋放線菌N350的脂溶性發(fā)酵產(chǎn)物中純化并鑒定了4個化合物,分別為反式-13-二十二碳單烯酰胺、7,4-二羥基異黃酮、6-甲氧基-7,4-二羥基異黃酮及β-胡蘿卜甙,其中,前3種物質(zhì)具有抗腫瘤活性,抑制人口腔上皮癌KB細胞生長的D50分別為 15、811、512 μg/cm3, 抑制人白血病細胞 HL-60 生長的 D50分別為 7、218、119 μg/cm3。這些化合物均首次在海洋放線菌中得到分離[17-18]。以上文獻顯示，海洋放線菌抗腫瘤活性物質(zhì)的開發(fā)和利用具有相當大的潛力，尤其在從陸生放線菌中開發(fā)抗腫瘤新藥日益枯竭的今天，海洋放線菌特有的天然產(chǎn)物應用于臨床醫(yī)療將會有非常廣闊的前景。這也將帶動海洋放線菌抗腫瘤活性物質(zhì)的研究和開發(fā)以更快的速度發(fā)展。

2.2 海洋放線菌抗菌活性物質(zhì)

邵彥坡等從山東威海淺海海域分離得到的一株放線菌，經(jīng)初步鑒定為鏈霉菌屬(Streptomyces)。其發(fā)酵液對15種病原真菌進行室內(nèi)殺菌活性生物測試，結(jié)果表明，菌株發(fā)酵液對13種供試真菌的菌絲抑制率均在80%以上，其發(fā)酵液對3種病原細菌進行室內(nèi)殺菌活性生物測試，結(jié)果表明，菌株發(fā)酵液對3種供試細菌的抑菌圈直徑均在15 mm以上[19]。方麗萍從渤海海水中分離得到的1株放線菌，以13種病原真菌和3種病原細菌為供試菌，測定菌株發(fā)酵產(chǎn)物的抗菌活性，結(jié)果表明，菌株發(fā)酵液對13種供試病原真菌的菌絲生長抑制率在80%以上的占到76.92%，對3種供試病原細菌的抑菌圈直徑達到18 mm以上[20]。劉姝等從連云港海域潮間采集的樣品中篩選得到1株產(chǎn)廣譜、高活性抗菌物質(zhì)的放線菌GB-2。該菌對藤黃微球菌、蠟樣芽孢桿菌、金黃色葡萄球菌等5種革蘭氏陽性菌，大腸桿菌、熒光假單胞菌等4種革蘭氏陰性菌及擴展青霉、黃曲霉、點青霉、犁頭霉、番茄灰霉、小麥赤霉病菌、香蕉炭疽病菌、棉花枯萎病菌、稻瘟病菌等18種真菌有顯著拮抗作用[21]。Kokare在印度的Alibag海岸的海底沉積物中分離出了一株有耐鹽性的放線菌AH1，經(jīng)鑒定為Actinopolyspora屬，這株放線菌對金黃色葡萄球菌、枯草芽孢桿菌和曲霉屬真菌等都具有很強的抑菌活性[22-23]。Hughes在加拿大La Jolla海岸附近的深海沉積物中分離得到一株可培養(yǎng)放線菌CNQ-418，經(jīng)16S rRNA基因測序分析屬于一種新的鏈霉菌屬，它的代謝產(chǎn)物具有抑菌作用，可抑制耐青霉素的金黃色葡萄球菌[24]。海洋放線菌產(chǎn)生的天然抑菌活性物質(zhì)，有些抗菌活性非常顯著，甚至強于某些經(jīng)典的抗生素，值得進一步研究和開發(fā)。如果能夠利用成本低廉的原料和適當?shù)臈l件進行發(fā)酵，會對工業(yè)化生產(chǎn)非常有利。

2.3 產(chǎn)生酶的抑制劑

海洋放線菌還能夠產(chǎn)生多種酶的抑制劑。Romero等（1997）從印度洋靠近莫桑比克海岸的軟珊瑚上分離得到的一株小單孢菌Micromonospora sp.產(chǎn)生一種具有顯著抗腫瘤活性的縮酚酸肽（Depsipeptide）Thiocoraline，它最主要的機理在于抑制DNA聚合酶、RNA聚合酶和色氨酸合成酶的活性[25]。Imada等（2005）在從不同地點采集的海洋沉積物中分離得到了多株能產(chǎn)生酶抑制劑的放線菌，包括β-葡萄糖苷酶抑制劑、N-乙酰-β-D-氨基葡萄糖苷酶抑制劑、焦谷氨酰肽酶抑制劑和淀粉酶抑制劑[26]。目前，酶抑制劑在疾病治療，新藥開發(fā)以及農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)中具有廣泛的應用。海洋放線菌所具有的特殊酶抑制效果也勢必會成為酶抑制劑產(chǎn)業(yè)的一個重要組成部分。

綜上所述，海洋放線菌所具有的生物活性物質(zhì)和其新穎獨特的化合物結(jié)構(gòu)，讓人們看到了海洋放線菌產(chǎn)生新型次級代謝產(chǎn)物的巨大潛力。分離和純化海洋放線菌，提取生物活性廣泛的新化合物，為新抗生素的發(fā)現(xiàn)提供寶貴的先導化合物資源。

3 展望

目前對海洋放線菌的篩選和培養(yǎng)仍然存在技術(shù)上的一些問題，還有很大一部分的海洋放線菌未能培養(yǎng)出來，所以對于海洋放線菌的研究還有巨大的進步空間。通過生物技術(shù)方法對海洋放線菌進行生態(tài)研究，進而探索出最優(yōu)的分離方法，對我們進一步認識和利用海洋放線菌是一次有益的嘗試。

海洋放線菌是海洋藥物和活性天然物質(zhì)產(chǎn)物的重要的新來源，而我國又是海洋微生物資源十分豐富的大國，進一步發(fā)展我國對海洋放線菌的探索是十分必要的。海洋放線菌的豐富多樣，是一類比其他微生物更為豐富的生物活性物質(zhì)資源，是具有廣泛實際用途和巨大經(jīng)濟價值的微生物資源。

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