具有海洋微生物藥物特色的實(shí)踐教學(xué)探究

周麗曼 朱俊向 孔凡棟 邱子言 王聰

摘要： 海洋微生物是新型藥物活性化合物發(fā)現(xiàn)的重要源泉。廣西北部灣地處熱帶和亞熱帶，地理位置特殊，能夠產(chǎn)生具有獨(dú)特功效的次生代謝產(chǎn)物。目前對(duì)廣西北部灣微生物資源來源的化學(xué)分子研究甚少，針對(duì)該資源豐富但尚待開發(fā)的領(lǐng)域進(jìn)行研究，發(fā)展藍(lán)色經(jīng)濟(jì)，創(chuàng)造海上廣西，具有非常重要的意義。對(duì)海洋微生物藥物進(jìn)行實(shí)踐探究，具有典型的海洋特色，充分利用當(dāng)?shù)刭Y源，擦亮廣西新名片。

關(guān)鍵詞：海洋微生物;實(shí)踐探究;海洋微生物藥物

海洋來源的微生物由于受到獨(dú)特環(huán)境的影響，在其進(jìn)化的過程中逐漸產(chǎn)生了獨(dú)特的生理結(jié)構(gòu)與代謝系統(tǒng)，通過微生物自身代謝產(chǎn)生積累了許多具有獨(dú)特生物活性與化學(xué)結(jié)構(gòu)的次生代謝產(chǎn)物[1]。廣西北部灣海洋微生物資源豐富，具有發(fā)現(xiàn)新活性化合物的巨大潛力[2]。目前對(duì)于海洋微生物的研究也只停留在菌株鑒定等生物學(xué)方面研究，并沒有對(duì)化學(xué)成分進(jìn)行深入研究[2]。我們課題組通過以“實(shí)踐與教學(xué)結(jié)合”為特色，組織學(xué)生進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)等相關(guān)實(shí)驗(yàn)，逐漸形成了以下教學(xué)探究模式：

一、實(shí)踐教學(xué)探究

通過海洋微生物藥物化學(xué)的實(shí)踐教學(xué)模塊，學(xué)生可以掌握海洋微生物次級(jí)代謝產(chǎn)物的成分研究以及初步作用機(jī)制。

二、具體實(shí)踐教學(xué)方案

2.1 充分利用當(dāng)?shù)刭Y源

廣西海岸線綿長(zhǎng)，我們應(yīng)該充分利用本地的海洋資源，從中分離獲得更多的海洋土著微生物。

2.2 化合物的分離與鑒定

對(duì)菌株的發(fā)酵浸膏進(jìn)行活性測(cè)試，通過活性追蹤尋找目標(biāo)化合物。采用通過核磁、質(zhì)譜、X-ray等方法確定化合物的結(jié)構(gòu)。

2.3 化合物活性評(píng)價(jià)與作用機(jī)制初探

對(duì)分離得到的化合物進(jìn)行活性測(cè)試，例如抗糖尿病活性，PTP1B是應(yīng)用最經(jīng)典的靶點(diǎn)蛋白之一，PTP1B抑制劑作為潛在的藥物靶點(diǎn)，引起了眾多國(guó)內(nèi)外藥物學(xué)家的關(guān)注。很有必要發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)新穎、選擇性好的天然PTPlB抑制劑，為新一代抗糖尿病藥物研發(fā)提供分子模板。

三、實(shí)踐教學(xué)特點(diǎn)

3.1 海洋特色

現(xiàn)在廣西高度重視海洋資源開發(fā)和應(yīng)用，我們應(yīng)該把握住這個(gè)大好機(jī)會(huì)，充分利用本地資源，把開發(fā)海洋微生物資源作為重要的戰(zhàn)略方向， 是一項(xiàng)挖掘海洋藥物先導(dǎo)化合物的大事業(yè)。

3.2 創(chuàng)新性

對(duì)廣西海洋微生物的次級(jí)代謝產(chǎn)物進(jìn)行化合物的分離和化合物作用機(jī)制的研究，很有創(chuàng)新性，我們課題組前期對(duì)其進(jìn)行了研究，效果顯著。

四、實(shí)踐教學(xué)探究結(jié)果

4.1 化合物活性機(jī)制初步探討

我們課題組前期對(duì)抗PTP1B活性的大環(huán)內(nèi)酯類化合物oxohygrolidin進(jìn)行了研究，通過靶點(diǎn)垂釣的方法，發(fā)現(xiàn)該化合物可抑制PKC、PTP1B、COX2、HMGCoA。為了進(jìn)一步探索化合物oxohygrolidin對(duì)PTP1B的抑制機(jī)制，將oxohygrolidin與PTP1B催化位點(diǎn)及變構(gòu)位點(diǎn)進(jìn)行分子對(duì)接。Oxohygrolidin（ID：101421469）從Pubchem數(shù)據(jù)庫（https：//pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/）下載，PTP1B（PDB：1T49）從RCSB數(shù)據(jù)庫（https：//www.rcsb.org/）下載，均通過AutoDockTools生成PDBQT格式文件。通過AutoDock Vina來進(jìn)行分子對(duì)接，分別以催化位點(diǎn)殘基Cys215和變構(gòu)位點(diǎn)殘基Phe280為中心設(shè)定對(duì)接區(qū)域，對(duì)接盒子大小為20 × 20 × 20 ?3。對(duì)接構(gòu)象的搜索數(shù)量設(shè)為20，結(jié)果按對(duì)接能從低到高排序。結(jié)果表明，Oxohygrolidin在PTP1B催化位點(diǎn)的對(duì)接能為?7.0 kcal/mol，主要與殘基Gly183、Gln262和Gln266形成氫鍵;而在變構(gòu)位點(diǎn)的對(duì)接能為?7.3 kcal/mol，說明化合物Oxohygrolidin優(yōu)先結(jié)合在PTP1B的變構(gòu)位點(diǎn)，此時(shí)與殘基Asn193和Arg199存在氫鍵相互作用（圖1）。

4.2 學(xué)生能力提高

經(jīng)過實(shí)踐教學(xué)探究，我們課題組的學(xué)生在大學(xué)生項(xiàng)目比賽中取得了優(yōu)異的成績(jī)。指導(dǎo)兩名學(xué)生榮獲廣西民族大學(xué)第八屆“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽一等獎(jiǎng)和三等獎(jiǎng)。指導(dǎo)學(xué)生完成兩項(xiàng)國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計(jì)劃項(xiàng)目，指導(dǎo)兩名學(xué)生榮獲省級(jí)優(yōu)秀畢業(yè)論文。通過文獻(xiàn)調(diào)研，提高了學(xué)生檢索文獻(xiàn)和寫作能力，文章發(fā)表在SCI和核心期刊等雜志上[3-5]。

4.3 教學(xué)實(shí)踐基礎(chǔ)豐富

本課題組前期主持省級(jí)教改項(xiàng)目1項(xiàng)，主持完成校級(jí)教改項(xiàng)目1項(xiàng)，參與校級(jí)教改項(xiàng)目1項(xiàng)，發(fā)表相關(guān)教學(xué)研究成果[6-10]。

五、結(jié)語

以廣西北部灣來源的海洋微生物為研究對(duì)象，通過教學(xué)實(shí)踐探究，學(xué)生不僅掌握了海洋微生物藥物的前沿知識(shí)，也掌握了實(shí)驗(yàn)操作技術(shù)，同時(shí)也鍛煉了學(xué)生文獻(xiàn)檢索和寫作能力。

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廣西民族大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院

青島農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院