土壤放線菌資源及其應(yīng)用

鄭 丹，李鶴鳴，韓 力

(東北大學(xué) 生命科學(xué)與健康學(xué)院，遼寧 沈陽 110819)

1 引言

放線菌是一種極為重要的微生物資源，在自然界的分布十分廣泛，因其具有復(fù)雜的次級代謝系統(tǒng)，可以產(chǎn)生諸多化學(xué)結(jié)構(gòu)新穎、生物活性顯著的次級代謝產(chǎn)物，所以對農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、食品、工業(yè)、環(huán)境污染治理等生產(chǎn)生活的各個方面的發(fā)展均有重要意義，值得進(jìn)一步深入探索研究。

土壤由固、液、氣三種物質(zhì)共同組成，并且相互聯(lián)系又相互制約，形成了高度異質(zhì)的環(huán)境，這些物質(zhì)為放線菌提供了適宜的生長條件，是放線菌棲息的主要場所，無論是數(shù)量還是種類，都極為豐富，甚至在一些極端惡劣的土壤環(huán)境中也有放線菌的存在[1]。這些來自土壤的放線菌為研制和開發(fā)具有高效抗菌活性的抗生素提供了重要的資源，一些極端環(huán)境土壤中生存的放線菌還具有特殊的生物學(xué)特性和代謝途徑，值得對從中開發(fā)藥物、特殊酶進(jìn)行研究。另外，放線菌還可以降解纖維素等有機(jī)化合物，在環(huán)境污染的生物治理中同樣發(fā)揮重要作用。因此，研究開發(fā)土壤放線菌資源具有極高的科學(xué)價值、經(jīng)濟(jì)價值和社會價值。

本文將對普通土壤(森林土壤、草地土壤、農(nóng)耕地土壤)和極端環(huán)境土壤(高鹽環(huán)境、極端pH值、干旱環(huán)境、潮濕環(huán)境、極端溫度、高輻射環(huán)境)幾種不同生境下的放線菌資源及其在各領(lǐng)域的應(yīng)用情況加以介紹。

2 普通土壤放線菌資源

2.1 森林土壤放線菌資源

森林植被類型豐富多樣，人為干擾較少，是動植物良好的棲息繁衍地，為各類生物提供了多樣化的生境。森林生態(tài)系統(tǒng)中的土壤可分為植物根際土壤、苔蘚土壤、根區(qū)根表土壤。

李建康等人研究了秦嶺山區(qū)人工純林土壤微生物的群落特征，其結(jié)果表明根際土壤放線菌數(shù)量總是比非根際土壤放線菌數(shù)量多，主要是由于根際土壤有機(jī)質(zhì)含量高，分解較快，土壤疏松，水分條件好，適合微生物的生長繁殖。而非根際土壤中所含根系較少，土層比較堅實，透氣性也不如根際土壤，微生物不能充分生長和繁殖，因此微生物數(shù)量相對根際土較少。在闊葉林中放線菌數(shù)量明顯高于針葉林，主要原因是放線菌最適合生長在中性或偏堿性的土壤中，而闊葉林地的土壤pH值條件適宜放線菌活動，使放線菌能夠很好地生長。另外，植被類型不同、坡向不同時，土壤放線菌數(shù)量均表現(xiàn)為隨海拔升高先升高又降低的趨勢。同時，坡向?qū)Ψ啪€菌的分離效果和土壤養(yǎng)分的影響也很大，其原因可能是溫度、光照、降水等因素綜合影響土壤養(yǎng)分含量，導(dǎo)致南北坡存在較大差異[2]。

王東勝等人對秦嶺主峰太白山北坡5種生境中微生物區(qū)系及拮抗放線菌資源的研究表明，56%的可培養(yǎng)放線菌均具有抗菌活性。雖然不同生境中均蘊(yùn)藏著豐富的拮抗性放線菌資源，但其數(shù)量卻存在差異，即使是相同類型的生境，處于不同海拔，其蘊(yùn)藏量也不同。闊葉林根域拮抗性放線菌數(shù)量多于針葉林，拮抗性放線菌資源在低海拔土壤中的蘊(yùn)藏量大于高海拔[3]。

2.2 草地土壤放線菌資源

我國北方主要草地類型分為五種：平原草甸、典型草原、草甸草原、高寒草甸和荒漠草原，土壤類型復(fù)雜多樣，地帶性分布明顯。平原草甸的土壤因地勢低平排水不暢，地下水含較高濃度可溶性鹽，以及毀草開荒、草場過度放牧等人類不當(dāng)活動，容易出現(xiàn)鹽堿化；草甸草原的土壤因不合理開墾容易出現(xiàn)土壤風(fēng)蝕化；典型草原的土壤較為肥沃；荒漠草原的土壤含水量低，容易出現(xiàn)水蝕和風(fēng)蝕；高寒草甸的土壤在地貌、環(huán)境、地形等因素的影響下，土層較薄，溫度較低，但土壤中含有豐富的有機(jī)質(zhì)[4]。

趙璇在對中國北方主要草地類型土壤放線菌的研究中，分析指出了區(qū)域尺度下放線菌多樣性和群落結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律及主要的環(huán)境驅(qū)動因子。研究表明：對于不同草地類型的土壤放線菌，其多樣性及群落結(jié)構(gòu)有很大差異。其中，平原草甸的放線菌多樣性要顯著低于其他四種草地類型；土壤放線菌多樣性主要與土壤pH值有關(guān)，放線菌門下各綱的相對多度由土壤理化指標(biāo)控制[5]。

2.3 農(nóng)耕地土壤放線菌資源

農(nóng)耕地土壤可分為灌溉耕地和雨養(yǎng)耕地，放線菌群落結(jié)構(gòu)與草地土壤相似[6]，其中灌溉耕地土壤的生物量、土壤肥力、有機(jī)無機(jī)物質(zhì)量、土壤微生物量碳(MBC)均高于雨養(yǎng)耕地[7]。

有較多報道認(rèn)為，耕作可造成土壤團(tuán)菌體的分裂和表層土壤中有機(jī)質(zhì)的損耗，相關(guān)研究指出，耕作對土壤放線菌的影響與土壤有機(jī)碳含量及酸堿性有關(guān)，另外，土壤耕作可能造成土壤結(jié)構(gòu)的惡化，對于酸性和有機(jī)碳含量低的土壤，耕作可顯著降低放線菌數(shù)量和多樣性[8,9]。

3 極端環(huán)境土壤放線菌資源

極端環(huán)境土壤是指相對于人類和其它高等生物所能承受的最大范圍而言,一系列對于一般微生物生長比較嚴(yán)酷的土壤條件，例如化學(xué)性質(zhì)的極端：高鹽、高酸、高堿、及高輻射等環(huán)境，以及物理條件的極端，如高溫、低溫等。某些放線菌能在極端環(huán)境中生長，在生存和適應(yīng)的過程中形成了與正常環(huán)境土壤中生長的放線菌有很大差異的生理和代謝功能，如生物膜結(jié)構(gòu)、酶的分子結(jié)構(gòu)、生長特性、營養(yǎng)需求、基因的表達(dá)和調(diào)控機(jī)制等。

3.1 高鹽環(huán)境土壤放線菌資源

嗜鹽放線菌是非常重要的一類極端微生物資源，其主要生境是富鹽的堿土和海水等含鹽環(huán)境。理論上，嗜鹽放線菌應(yīng)具有特殊的生理機(jī)制，因此，已成為近年來放線菌研究的熱點(diǎn)之一。關(guān)統(tǒng)偉等對新疆塔里木盆地可培養(yǎng)嗜鹽放線菌系統(tǒng)發(fā)育多樣性進(jìn)行研究，結(jié)果表明該地高鹽環(huán)境中潛藏著豐富的新型嗜鹽放線菌資源[11]。不同嗜鹽放線菌對鹽的耐受程度、需求程度不同，Kushner根據(jù)它們所需最適生長鹽濃度的不同，將其劃分為非嗜鹽菌、耐鹽菌、弱嗜鹽菌、中等嗜鹽菌、以及極端嗜鹽菌[12]。盡管對于嗜鹽放線菌的研究始于1975年，之后不斷有新物種從含鹽環(huán)境中分離出來，但由于嗜鹽放線菌難以培養(yǎng)、營養(yǎng)需求特殊，相關(guān)的研究工作進(jìn)展較緩慢，尤其是對陸源嗜鹽放線菌的研究主要集中在物種的多樣性方面，而在次生代謝產(chǎn)物方面的研究成果則報道較少[13]。

3.2 堿性土壤放線菌資源

在高堿性環(huán)境中能夠生存的放線菌稱為嗜堿放線菌。它們主要分布于pH值為10左右的高堿性極端環(huán)境中，包括鹽堿土壤、碳酸鹽荒漠、堿湖、堿性泉水、鹽池等，如東非大裂谷的堿湖、我國新疆的鹽堿湖。這些環(huán)境的堿性物質(zhì)主要來源于碳酸鹽。在堿性沙漠土壤、含有腐爛有機(jī)物的堿性土壤或人為造成的堿性環(huán)境中也存在嗜堿放線菌菌株。

嗜堿放線菌是極端環(huán)境中的一類特殊放線菌，具有獨(dú)特的生理生化特征、基因信息及代謝途徑。研究發(fā)現(xiàn)，雖然處于高堿環(huán)境，但嗜堿放線菌胞內(nèi)pH值維持在8.0左右，依據(jù)對堿性環(huán)境中一些耐堿放線菌的研究推測主要嗜堿機(jī)制可能包括自動調(diào)節(jié)細(xì)胞質(zhì)pH的機(jī)制和獲得能量的機(jī)制兩方面。然而，目前尚未明確真正的嗜堿放線菌的嗜堿機(jī)制，有賴于基因組學(xué)方面的進(jìn)一步研究[14]。

嗜堿放線菌產(chǎn)生的纖維素酶可用作洗滌劑的添加劑，堿性蛋白酶則主要用于工業(yè)去污。此外，嗜堿放線菌還可以產(chǎn)生一些新的抗生素，如諾卡地霉素、β-內(nèi)酰胺類抗生素等。

3.3 酸性土壤放線菌資源

嗜酸放線菌指廣泛分布于pH值極低的酸性環(huán)境中的放線菌，尤其是酸性土壤中。它們可以分為兩大類群，一類是中度嗜酸放線菌，可以在pH值為3.5或4.5至接近中性(7.5)的條件下生長，另一類是嚴(yán)格嗜酸放線菌，在強(qiáng)酸環(huán)境中生長或生存，只能生長在pH值為3.5～6.5的環(huán)境中，且利用碳源的能力強(qiáng)于中度嗜酸放線菌。它們可以產(chǎn)生蛋白酶、幾丁質(zhì)酶、淀粉酶等耐酸的胞外酶，參與到酸性土壤中有機(jī)物的降解循環(huán)中。此外，由于大多數(shù)真菌棲息于酸性環(huán)境，所以嗜酸放線菌也是潛在的抗真菌活性物質(zhì)的生產(chǎn)者[15]。

在酸性和弱酸性土壤中，中度嗜酸放線菌的數(shù)量遠(yuǎn)大于嚴(yán)格嗜酸放線菌，其中，鏈霉菌是絕對優(yōu)勢類群。近年來，國內(nèi)外的研究表明，酸性土壤中稀有的嗜酸放線菌具有豐富的生物多樣性。Kim等對3株嚴(yán)格嗜酸放線菌進(jìn)行了多相分類研究[16]，發(fā)現(xiàn)它們在系統(tǒng)進(jìn)化樹上形成了與鏈霉菌屬平行的單獨(dú)分支，由此建立了嗜酸鏈霉菌新屬(Streptacidiphilusgen. nov.)。

3.4 干旱環(huán)境土壤放線菌資源

在一些日照強(qiáng)、地表溫度高、蒸發(fā)強(qiáng)、降水量低的干旱地區(qū)，土壤有機(jī)質(zhì)含量低，環(huán)境惡劣，植被種類貧乏，生長稀疏，多為以胡楊、紅柳、沙棘等為主的旱化植被，不利于微生物的生長繁殖。土壤越干旱貧瘠，放線菌的數(shù)量和種類越少，鏈霉菌所占比例則相對越大，可能與鏈霉菌的孢子化程度高、抗旱能力強(qiáng)、對營養(yǎng)的要求低有關(guān)。鏈霉菌的組成也相對簡單，主要有六個類群(黃色類群、燼灰類群、灰褐類群、白孢類群、藍(lán)色類群和粉紅孢類群)。關(guān)統(tǒng)偉在對塔克拉瑪干沙漠土壤中的放線菌組成和數(shù)量的研究中，分得15個屬的土壤放線菌中鏈霉菌屬占97%，其中灰褐類群、白孢類群、粉紅孢類群、黃色類群約占68%[17]。

3.5 潮濕環(huán)境土壤放線菌資源

濕地沼澤或沿海灘涂土壤具有含水量高、含鹽濃度較高、養(yǎng)分含量高及乏氧等特征，土質(zhì)偏堿性，土壤中微生物以輕度耐鹽菌為主，真菌數(shù)量最多，放線菌和細(xì)菌數(shù)量相對較少。放線菌主要有鏈霉菌屬、小單胞菌屬、諾卡氏菌屬等，都是好氧型微生物[18]。放線菌喜歡偏堿性、有機(jī)質(zhì)多的環(huán)境。潮濕土壤上層為較疏松的小塊團(tuán)塊結(jié)構(gòu)，下層則為較緊實的大塊團(tuán)塊。隨著土層加深、水分增加，土壤中氧氣含量逐漸減少，厭氧微生物逐漸增多。又因土壤溫度降低，有機(jī)質(zhì)減少，放線菌總數(shù)量也隨之減少。

水分條件是潮濕環(huán)境土壤中最關(guān)鍵的環(huán)境因子。在濕地系統(tǒng)中，水分條件一旦改變，就很容易引起鹽度、pH值、土壤通氣狀況等其他環(huán)境因子的變化。因此，在一定范圍內(nèi)，放線菌的生物量、群落結(jié)構(gòu)與土壤水分含量呈正相關(guān)，過高或過低都不利于土壤放線菌的生長繁殖[19]。

3.6 低溫環(huán)境土壤放線菌資源

多年凍土、高寒草甸土壤等常年處在低溫情況下，穩(wěn)定的低溫環(huán)境保存著大量的有生理代謝活性的微生物。低溫微生物可分為嗜冷菌和耐冷菌2種。其中，嗜冷放線菌是可以在0 ℃及以下生長繁殖的放線菌，最適生長溫度低于15 ℃，最高生長溫度不超過20 ℃；耐冷放線菌在0～5 ℃可生長繁殖，最適生長溫度在20 ℃以上[20]。由于低溫放線菌長期生活在低溫生境中，使它們形成了獨(dú)特的生物學(xué)特性和適應(yīng)機(jī)制，包括其特殊的基因類型、獨(dú)特的質(zhì)膜組成、產(chǎn)生具有獨(dú)特功能特性的酶和抗生素等生物活性物質(zhì)。同時，低溫放線菌對低溫環(huán)境的能量傳遞和物質(zhì)循環(huán)也有著重要作用，值得人類探索。

3.7 地?zé)岬貐^(qū)土壤放線菌資源

嗜熱放線菌是指放線菌目中主要生長在45～65 ℃環(huán)境的一個生態(tài)群，目前最高適應(yīng)溫度是70 ℃，尚未發(fā)現(xiàn)最適生長溫度在75 ℃以上的放線菌類群[21]。適合嗜熱土壤放線菌棲息的生境包括火山湖、火山口、干熱河谷、溫泉附近土壤等。據(jù)報道，嗜熱放線菌能夠產(chǎn)生具有重要價值的纖維素酶、淀粉酶、DNA聚合酶、脂肪酶、維生素等，也可用于處理城市垃圾、制作堆肥，在農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、工業(yè)、生物技術(shù)等領(lǐng)域均有廣泛的應(yīng)用[22]。

3.8 輻射污染區(qū)土壤放線菌資源

由于某些放射性物質(zhì)和放射線的存在，輻射污染區(qū)一直被認(rèn)為是生命的禁區(qū)，國內(nèi)外對輻射污染區(qū)微生物的研究因此甚少。我國的輻射污染區(qū)屬于典型的荒漠地區(qū)，植被覆蓋極少，通常此類地區(qū)中微生物種類相對單一[23]。近年來，研究人員對輻射污染區(qū)域的土壤放線菌進(jìn)行了分離鑒定，發(fā)現(xiàn)了大量的稀有放線菌，說明存在著較為豐富的放線菌種屬多樣性。

4 土壤放線菌資源的應(yīng)用研究

土壤放線菌能夠通過菌絲體產(chǎn)生的胞外水解酶降解土壤中的各種有機(jī)物質(zhì)，參與自然界物質(zhì)循環(huán)，從而改善土壤、凈化自然環(huán)境。而如今人類對土壤放線菌的應(yīng)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過于此，聚酮類、生物堿類等多種類型的次級代謝產(chǎn)物以及各種酶的產(chǎn)生，使放線菌已經(jīng)被應(yīng)用到了農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥行業(yè)、環(huán)境污染生物治理等人們生產(chǎn)生活中的各個方面。

4.1 土壤放線菌在農(nóng)業(yè)當(dāng)中的應(yīng)用

4.1.1 農(nóng)用抗生素

鏈霉菌產(chǎn)生的鏈霉素和土霉素可用于某些果蔬病害的生物防治，是最早用于農(nóng)業(yè)的抗生素。由于這些農(nóng)用抗生素使用效果良好，引起了農(nóng)業(yè)研究者的廣泛關(guān)注。之后，國外農(nóng)業(yè)研究者們相繼篩選出多氧霉素、春日霉素等防效作用較好、低毒害的新農(nóng)用抗生素。盡管我國農(nóng)業(yè)抗生素研究起步較晚，但仍研發(fā)出多種有效抗生素，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，年產(chǎn)制劑量已超過8萬t。其中，已實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)的農(nóng)用抗生素中產(chǎn)值最大的品種是阿維菌素，其次是井岡霉素、赤霉素[24]。

4.1.2 重寄生

重寄生作用是指病原菌被其他微生物寄生的現(xiàn)象。土壤放線菌能通過重寄生侵入對農(nóng)作物有害的病原菌，使菌絲發(fā)生形態(tài)上的畸變進(jìn)而破裂，以達(dá)到破壞病原菌細(xì)胞的目的。放線菌侵入病原菌細(xì)胞的途徑包括干擾細(xì)菌細(xì)胞壁的合成、使病原菌菌絲溶解、阻礙病原菌的蛋白質(zhì)合成、使病原菌細(xì)胞質(zhì)凝固等[25]。此外，重寄生作用還可以與抗生作用協(xié)同起效，即先由抗生素破壞宿主細(xì)胞細(xì)胞壁，再通過重寄生作用使放線菌侵入，從而破環(huán)病原菌細(xì)胞。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，重寄生菌作為一種控制植物病害的生物防治手段，無毒無殘留、對非靶標(biāo)微生物無害、防病持效期長，可用于防治“慢銹”“慢白粉”或經(jīng)濟(jì)價值高的作物病害[26]。

4.1.3 酶及酶抑制劑

一些土壤放線菌能夠產(chǎn)生幾丁質(zhì)酶、纖維素酶、β-1,3-葡聚糖酶、β-葡糖苷酶等，可水解高等真菌、卵菌綱真菌等的細(xì)胞壁，從而破壞病原菌菌體，使其質(zhì)壁分離或細(xì)胞破裂，進(jìn)而死亡。如目前在農(nóng)業(yè)上，可直接利用幾丁質(zhì)酶產(chǎn)生菌防治植物真菌病害[27]。此外，有些放線菌還可以通過產(chǎn)生幾丁質(zhì)酶抑制劑來抑制真菌細(xì)胞壁的合成，使病原菌死亡[28]。

放線菌作為纖維素酶的主要產(chǎn)生菌，在生物燃料生產(chǎn)、食品飼料工業(yè)等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，可用于處理農(nóng)作物收獲后的秸稈，既節(jié)約成本，又保護(hù)環(huán)境。同時，在飼料工業(yè)中，由于飼料中存在大多數(shù)動物無法分解消化的纖維素，將放線菌產(chǎn)生的纖維素酶加入到飼料之中，可以使牲畜將纖維素轉(zhuǎn)化為更易消化吸收的葡萄糖，促進(jìn)它們的良好生長[29]。放線菌產(chǎn)纖維素酶相較于其他纖維素酶有耐堿、耐熱的特點(diǎn)，例如侯曉娟等從土壤中分離得到一株產(chǎn)堿性纖維素酶放線菌，該酶可在pH值為11的條件下保持60%以上的酶活性；宋波等篩選分離得到的產(chǎn)纖維素酶放線菌，其纖維素酶在70 ℃時仍具有較高活性[30]。

4.2 土壤放線菌在醫(yī)藥中的應(yīng)用

4.2.1 抗腫瘤抗生素

放線菌次級代謝產(chǎn)物是開發(fā)抗腫瘤抗生素的重要資源，目前臨床上使用的天然來源抗腫瘤抗生素中，超過2/3是由放線菌產(chǎn)生的。來源于放線菌的抗腫瘤活性物質(zhì)，除了化學(xué)結(jié)構(gòu)多樣、生物活性顯著，還有方便大規(guī)模生產(chǎn)、污染小等優(yōu)勢。

放線菌可以產(chǎn)生多種類別的抗生素，如蒽環(huán)類、大環(huán)內(nèi)酯類、烯二炔類、糖肽類、醌類等。1975年在太平洋Easler島土壤樣品放線菌次生代謝產(chǎn)物中最初發(fā)現(xiàn)的35元環(huán)大環(huán)內(nèi)酯類抗生素西羅莫司(也稱雷帕霉素)，在發(fā)揮抗腫瘤作用時，與目的靶蛋白結(jié)合，可抑制細(xì)胞G1至S期的進(jìn)程[31]。在臨床上用于乳腺癌、前列腺癌等的治療，也有研究表明，該藥有治療子宮內(nèi)膜癌的前景?[32]。在臨床前腫瘤導(dǎo)向治療中，十元環(huán)烯二炔類抗生素卡利奇霉素(CLM)療效顯著[33]。該抗生素由湖北武漢蛇山土壤中篩選到的稀有放線菌小單孢菌的發(fā)酵液分離得到，臨床應(yīng)用中以單克隆抗體為載體，具有很強(qiáng)的靶向性，對乳腺癌、卵巢癌等均有很好的療效。糖肽類化合物平陽霉素與博寧霉素等同屬博來霉素族抗生素，是從浙江省平陽縣土壤放線菌培養(yǎng)物中分離得到的，可通過與DNA結(jié)合，引起DNA斷裂，使DNA復(fù)制受阻而發(fā)揮其抗腫瘤作用。在臨床，此類抗生素主要與其他藥物聯(lián)合使用來治療惡性淋巴瘤、食管癌、鼻咽癌、結(jié)腸癌、肺癌等[34]。以絲裂霉素(Mitomycin)為代表的一類普遍使用的醌類抗腫瘤藥物，多由土壤放線菌發(fā)酵產(chǎn)物中分離獲得，抗腫瘤譜較廣，結(jié)構(gòu)中包含乙撐亞胺和氨甲酰脂基團(tuán)，通過與DNA雙鏈聯(lián)結(jié)，抑制DNA復(fù)制，從而抑制腫瘤發(fā)展[35～37]。臨床使用中結(jié)合脂質(zhì)體和納米制劑，可以提高藥物的治療指數(shù)。同樣來源于土壤放線菌的多肽類化合物放線菌素D(Actinomycin D)由兩個五肽環(huán)和一個平面結(jié)構(gòu)的吩噁嗪酮組成，可與DNA 結(jié)合，抑制DNA復(fù)制和RNA的轉(zhuǎn)錄，進(jìn)而抑制腫瘤生長，是臨床上常用的抗腫瘤抗生素，抗腫瘤譜窄，可與其他化療藥物或放療聯(lián)合使用[38,39]。

4.2.2 藥物先導(dǎo)化合物

土壤放線菌次生代謝產(chǎn)物的生物合成途徑和酶反應(yīng)系統(tǒng)具有多樣性，活性基團(tuán)可以與結(jié)構(gòu)骨架無限組合，從而產(chǎn)生了一些化學(xué)結(jié)構(gòu)新穎、生物活性顯著的化合物，為新藥研究與開發(fā)提供了豐富的模式結(jié)構(gòu)和藥物前體，如靈菌素、海鞘素B等[40]，是新藥和藥物先導(dǎo)化合物開發(fā)的寶貴資源。

4.2.3 酶抑制劑

引起各種非感染性疾病的原因之一是人體內(nèi)某些代謝酶的紊亂，因此可以利用酶抑制劑開發(fā)相應(yīng)的藥物。酶抑制劑可以用于治療高血脂、糖尿病等疾病，還具有調(diào)節(jié)免疫的功效，代表藥物有不可逆的β-內(nèi)酰胺酶抑制劑克拉維酸、細(xì)胞表面氨肽酶抑制劑烏苯美司、假氨基糖類α-糖苷酶抑制劑阿卡波糖等。

4.2.4 免疫抑制劑

免疫抑制劑是一類通過調(diào)節(jié)機(jī)體免疫功能抑制機(jī)體異常免疫反應(yīng)的藥物，在臨床上用于治療移植排異或紅斑狼瘡等自身免疫性疾病。如從土壤放線菌發(fā)酵產(chǎn)物中分離出的他克莫司是一種有強(qiáng)大免疫抑制作用的23元環(huán)大環(huán)內(nèi)酯類免疫抑制劑，臨床主要用于器官移植[41]。另一種代表性藥物西羅莫司，既是抗腫瘤抗生素，又具有免疫抑制活性，表現(xiàn)出比他克莫司更有效的免疫抑制作用，不良反應(yīng)也相對較輕[31]。

4.3 土壤放線菌在環(huán)境污染治理中的應(yīng)用

4.3.1 土壤重金屬污染及生物修復(fù)

隨著人類對于重金屬的使用日趨廣泛，重金屬污染越來越嚴(yán)重，進(jìn)而導(dǎo)致土壤質(zhì)量的下降。傳統(tǒng)的物理、化學(xué)治理措施導(dǎo)致的二次污染、能耗過大等問題已經(jīng)無法滿足當(dāng)今的治理要求，而微生物修復(fù)技術(shù)成本低廉且修復(fù)徹底，因此，對重金屬污染土壤的生物治理已經(jīng)成為國內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。其中，放線菌是廣泛分布于土壤的優(yōu)勢類群，而且對于不同重金屬具有吸附作用，還可以與植物共同作用，促進(jìn)植物對金屬離子的富集，是良好的生物吸附材料。其對重金屬污染土壤的修復(fù)主要依靠自身的積累作用、溶解作用和氧化還原作用[42]。

4.3.2 土壤放線菌降解纖維素

由于大部分有機(jī)固體廢物的主要成分是纖維，同時纖維素也是一種重要的可再生資源，因此無論是解決能源問題還是防止環(huán)境污染，對纖維素的生物降解的研究都有重要意義。目前，國內(nèi)外對能夠分解纖維素的放線菌研究報道尚少[43]，但由于放線菌對于高溫和各種酸堿環(huán)境等不利條件的耐受程度比其他微生物更高，所以放線菌在特殊條件下對分解纖維素有著重要作用[44]。

4.3.3 土壤放線菌菌群處理污水

在廢水中，土壤放線菌可以與其他菌群組成一種有效的微生物群，活化后能快速生長繁殖，共生增殖并發(fā)揮協(xié)同作用，分解有機(jī)物，產(chǎn)生抗氧化物質(zhì)，形成一個穩(wěn)定復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)，還能抑制有害微生物的生長繁殖，抑制硫、氮和其他物質(zhì)產(chǎn)生的惡臭氣味，激活具有凈水功能的微生物、原生動物和水生植物，最終通過這些生物的綜合作用達(dá)到凈水處理的目的[45]。

5 總結(jié)與展望

(1) 國內(nèi)外對土壤放線菌資源的研究按其生境不同可包括普通土壤(森林土壤、草地土壤、農(nóng)耕地土壤)放線菌和極端環(huán)境(高鹽環(huán)境、極端pH、干旱環(huán)境、潮濕環(huán)境、極端溫度、高輻射環(huán)境)土壤放線菌。文中介紹了這些不同環(huán)境下的土壤概況、生態(tài)背景、理化性質(zhì)、養(yǎng)分特征等，以及土壤放線菌的種群多樣性、生態(tài)分布規(guī)律、不同因素對土壤放線菌的影響等。

(2)土壤放線菌在生產(chǎn)生活的各方面應(yīng)用都十分廣泛。在農(nóng)業(yè)中，土壤放線菌的重寄生作用、酶及抑制劑的降解作用、對纖維素的分解作用等都有重要意義。在醫(yī)藥行業(yè)中，土壤放線菌豐富的次級代謝產(chǎn)物可用于抗腫瘤抗生素、酶抑制劑、免疫抑制劑等的開發(fā)生產(chǎn)。在環(huán)境污染治理中，土壤放線菌亦可發(fā)揮其生物修復(fù)作用。因此，開發(fā)與研究土壤放線菌資源具有極高的科學(xué)價值、經(jīng)濟(jì)價值和社會價值。

(3)目前在土壤放線菌資源的研究中還存在一些問題。隨著對土壤放線菌研究開發(fā)的不斷深入，目前對普通土壤環(huán)境中放線菌的研究開發(fā)愈發(fā)困難，發(fā)現(xiàn)新菌的概率越來越低，需要進(jìn)一步從一些特殊生境中分離篩選新的放線菌。同時土壤放線菌分離篩選工作也陷入瓶頸，需要科研工作者結(jié)合化學(xué)、分子生物學(xué)等學(xué)科的相關(guān)技術(shù)與理論，進(jìn)一步積累和不斷創(chuàng)新，如不斷開發(fā)更有效的預(yù)處理方法、抑制劑和分離培養(yǎng)基等。

(4)由于土壤放線菌次生代謝產(chǎn)物的有效成分復(fù)雜、含量低，而且對其化學(xué)組成及結(jié)構(gòu)的研究過程耗溶劑、耗能、耗時、提取率低，大量的重復(fù)性實驗過程使得發(fā)現(xiàn)新藥物先導(dǎo)化合物的幾率不斷降低。應(yīng)當(dāng)不斷提高選擇性分離技術(shù)、UPLC-Q-TOF-MS去重復(fù)化技術(shù)、快速鑒定技術(shù)等，以提高從土壤放線菌中開發(fā)新化合物的效率。