海洋微生物药物研究进展.doc

Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-date海洋微生物药物研究进展海洋微生物药物研究进展海洋微生物药物研究进展王 霞 作者简介：王 霞（1984），女，硕士研究生，主要研究生物技术方向，联系电话：15092182150；Email：sk-wakin。(青岛科技大学化工学院，山东 青岛 266042) 摘要：介绍了海洋微生物活性物质的特点、分类和研究进展，简单阐述了海洋微生物药物活性物质研究的方法，并展望了海洋微生物药物及其资源的发展前景。 关键词：海洋微生物；海洋微生物药物；研究进展引言海洋是生命之源，亦是地球上物质资源最丰富的领域。在陆栖微生物抗生素、酶抑制剂等生物活性物质上已被大量开发和应用的今天，寻找新种属或特殊性状的微生物及其代谢产生新型药物的难度越来越大。不同于陆地微生物的海洋微生物，由于其生存环境的艰难苛刻(高盐、高压、缺氧等) ，为求生存及竟争生存空间，很多海洋微生物在长期的进化过程中能够代谢产生一些结构独特的化学物质即次生代谢产物(secondary metabolites) 1。海洋微生物这种独特的代谢途径和遗传背景，使其成为开发新型药物的丰富资源。现代药理研究表明许多海洋生物次生代谢产物对多种疾病、农业害虫有较好的防效， 于是最近几年人们把目光转向更具有药物开发前景的海洋微生物海洋药物的重要资源。1 海洋生物活性物质特点海洋微生物与陆地微生物有着很大不同。海洋中营养成分的缺乏， 迫使许多海洋微生物与富含营养成分的海洋动植物共生， 以获得生存必需的营养，这种现象在海洋微生物中很普遍并具有很高的特异结合选择性。微生物物种之间争夺宿主的竞争也十分激烈， 导致很多微生物通过代谢产生一些小分子有机化合物来争夺有限的营养和进行自我防御，而且由于生存环境的原因， 很多海洋微生物次生代谢产物的化学结构、生物活性均与陆地微生物有明显不同， 这些化合物是海洋微生物次生代谢产物作为新药药源的重要基础。这些化学物质的主要作用是防范潜在天敌的进攻及一些海洋真菌、微生物或藻类在其肌体上附集，以及物种之间的信息传递等，从而使该物种得以进化生存2。海洋生物体内生物活性物质和代谢产物的多样性、复杂性和特殊性， 为寻找新的天然产物提供了有利条件。2 海洋微生物活性物质的分类目前，已从海洋微生物中分离到多种活性物质，包括萜类、甾醇类、生物碱类、甙类、多糖、肽类、核酸、蛋白质、酶类等。许多物质具有抗菌、抗病毒、抗肿瘤、抗心脑血管疾病、抗氧化、抗炎、酶及酶的抑制活性、抗寄生虫、抗过敏反应等作用3-5， 这些化合物的发现为药物研究提供了重要的先导化合物。3 海洋微生物药物的研究进展3.1 抗菌抗病毒类药物药物的直接来源是从海水、海泥中筛选出的微生物代谢产物，可直接开发成新药或经修饰后成为新药，也可作为新药开发的先导化合物。如厦门鼓浪屿附近海泥中筛选到的链霉菌亚种S.rutgersensis subsp. Gulangyunensis 产生的氨基糖苷8510-1 抗生素临床应用表明对绿脓杆菌和革兰氏阴性菌有强抑制活性6。方金瑞等分离到一株嗜碱海洋链霉菌2B 产生广谱抗菌素丁酰杆菌素和抗G+ 菌的脂溶性物质7。3.2 抗肿瘤类药物人们期望从筛选的海洋微生物代谢产物中得到所需新型抗肿瘤药物成为研究开发的重点领域。短短几年便得到许多具有抗肿瘤活性的化合物，如日本冈见分离到一株黄杆菌属的海洋细菌Uligi nosum 代谢产生杂多糖Marinactan ，能够增强免疫功能和抑制动物移植肿瘤并成为化疗药物治疗肿瘤的佐剂。日本海北部3000 多米深的海泥中分离到一株海洋细菌Alteromanas Haloplanktis 能产生抑制肿瘤细胞的离子载体类代谢产物8。Imamura 等从Pelagiobacter variabilis 中得到吩嗪抗生素Pelagiomicins A ，B 和C ，在体内外有较强的抗肿瘤活性9。3.3 酶抑制剂类药物有报道在天然和实验室培养株系中陆续发现微囊藻届蓝藻还能产生另一些具有显著的药理活性，结构独特的多肽。这些活性多肽是通过筛选一些人体内具重要生理作用的酶的抑制剂而得到，现筛出的酶抑制剂有胰蛋白酶抑制剂 aeruginosins 98A，B和micropeptinsA，B，血管紧张素转换酶抑制剂，血浆酶抑制剂，凝血酶抑制剂，酪氨酸酶抑制剂，弹性蛋白酶抑制剂microviridin B，C等多种，因此，微囊藻属蓝藻作为寻找新药先导化合物的一种新资源正越来越受到重视。微囊藻属肽类酶抑制剂分子量从600至1700不等，其结构大体分为两类，一类是链状结构，另一类是支链加环结构，除了常见氨基酸残基外，还含有带氨基和（或）按基的非常见氨基化合物micrip iptins A，B及microviridin A。microviridin A是从自然来源的第一个三环缩肽。3.4 蛋白质及肽类胞杆菌（bacillus spp）是一种革兰阳性菌，菌体内具有芽胞，抗逆能力强，繁殖速度快，一些种类可分泌产生胞外杆菌肽、大环内酯、环肽、类噬菌体颗粒等十几种抗菌活性物质，抗菌谱广，对很多病原真菌、细菌都有较强的抑制作用，一些穿胞杆菌还能产生多种酶类和多糖，对其它生物具有促进生长和激发免疫病害作用。田黎等从东海大陆架、渤海、珠江口、黄岛等地采集海泥、海水中分离培养、纯化得到361株细菌菌株，从中筛选出具有抗菌活性的芽胞杆菌 4株，研究了这些海洋芽胞菌的培养、提取条件与抗菌蛋白的关系及抗菌蛋白的性质，发现海洋芽胞菌的生长适宜范围宽，生长繁殖快，抗逆力强，产生的抗菌活性物质，抗菌谱广，性状稳定，具有很好的开发价值。来自陆地的芽胞杆菌产生的多肽类，大多对病原细菌具有抑菌作用，仅少数抗真菌，而该实验发现的4株芽胞杆菌对病原真菌具有很强的抑制作用，这些抗菌活性物质的纯化和结构测试工作尚在进行之中。何培育等等也从海泥中发现了海洋芽孢菌B9987，其胞外代谢产物多肽类具有很强的抑菌活性。4 海洋微生物药物研究开发的技术和方法 海洋微生物药物开发首先是采集和筛选海洋微生物及其药物。海洋微生物的来源主要分为海水、海泥和海砂中的微生物；鲜活鱼虾的组织、消化道中共生微生物;鲨鱼、多毛类生物体表的微生物等。然后，通过快速有效地方法进行筛选。筛选的方法多种多样，大都工作量较大，周期较长。如本实验室的分离方法是通过加入抗生素等抑制生长的物质，来分离有活性菌株。对于筛选到的活性物质必须确定其化学结构和药理功能才能够开发成药物。由于筛选到天然产物的结构复杂、种类繁多，特别是自动化高通量药物筛选等技术的应用使天然产物数量和活性种类迅速增多，导致天然产物化学结构确定工作变得更加困难。不过随着组合化学技术、微量结构分析技术等的快速发展和应用使许多化学结构十分复杂的天然产物结构迎刃而解，从而能够确定是通过有机合成还是生物提取进行生产。最后，初筛菌株的基础上，通过现代生物技术，比如基因工程、发酵工程及生物反应器等，对所选菌株优中选优，一方面，放弃那些产量低，结构复杂，不易于大规模生产应用的微生物菌株；另一方面，大幅提高所选菌株的药物含量和产量。前面两步是基础工作，而第三步是海洋微生物能否工业化的关键所在。5 海洋微生物药物研究的前景展望海洋占地球表面积的71%，包含着地球上80%的生物资源。海洋微生物种类多达100 万种以上，而目前所研究和鉴别过的海洋微生物还占不到海洋微生物总量的5%10，而这其中用于人类药物开发的更是非常之少。可以说，目前对海洋微生物资源的利用还处于非常初级的阶段。我们应该看到，现在许多国家和政府，都加大了对海洋微生物药物开发的投资，也出现了许多投资海洋微生物新药物研发的企业，这些探索和经验为促进微生物药物开发奠定了良好的基础。近年来， 我国在海洋微生物活性物质和海洋药物方面取得了一定的成绩， 分离和鉴定海洋微生物天然产物的报道越来越多， 发现了不少具有明确生物活性的新化合物， 有些具有良好的药用前景，并且很多学者把工作重点集中在对海洋微生物特别是难培养微生物培养条件的研究上， 通过研究方法的革新， 很多新的活性物质被发现。但是总体而言，我国海洋微生物资源的开发研究和综合利用还不够。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。可以预计， 在不远的将来， 利用基因技术结合发酵工程可实现海洋微生物具有生物活性的次生代谢产物的规模化生产， 将使海洋微生物成为新药开发的重要资源。参考文献1 Scheur P.J.Chem.Basis Biom.Poten.Sci.,1990,248:1 1732Ireland C. M.Marine Biotechnology.New York and London:Plenum Press,1993.1:13詹 萍，梁静娟，庞宗文.产生物活性物质海洋微生物的研究进展J.玉林师范学院学报（自然科学），2007,28（3）：7174.4张清丽，顾谦群，崔承彬，等.海洋来源的放线菌次级次生生物代谢产物及其生物活性J.中国海洋药物，2004,23（5）：4954.5张亚鹏，朱伟明, 顾谦群,等. 源于海洋真菌抗肿瘤活性物质的研究进展J. 中国海洋药物, 2006, 25 (1): 5458.6姜山, 李化苓, 邵磊. 近几年海洋药物的临床应用与研究. 中国海洋药物, 2001 , 79 (1) : 4244.7方金瑞. 海洋微生物: 开发海洋药物的重要资源. 中国海洋药物, 1998 , 67 (3) : 5356.8杨文合, 杨连生. 海洋生物中抗肿瘤活性成分的研究进展. 海洋科学,2000 , 133 (7) : 3841.9Imamura N., Nishijima M. , Takadera T. et al. New anticancer antibiotics pelagiomicins , produced by a newmarine bacterium pelagioba cter variabilis. The Journal of Antibiotics , 1997 , 50 : 812.10 汪天虹, 肖天, 朱汇源等. 海洋丝状真菌生物活性物质研究进展. 海洋科学2001 ,25 (6) : 2527.Research Advance Of marine microorganism drugsWang Xia(Chemical Engineering Institute, Qingdao University of Science & Technology, Qingdao 266042, China )Abstract：The characteristics、classification and research developments of active substances in marine microorganism were introduced，and its research methods was reviewed.At the same time，the development prospect of active substances in marine microorganism was forecasted in the paper.Key word：Marine microorganism；marine microorganism drugs；research advance-