微生物资源与微生物新药发现全解优秀PPT.ppt
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1、第三章第三章微生物资源的多样性与微生微生物资源的多样性与微生物新药的发觉物新药的发觉第一节第一节 稀有放线菌是产生微生物新药的重稀有放线菌是产生微生物新药的重 要源泉要源泉其次节其次节 黏细菌是一类值得关注的微生物新黏细菌是一类值得关注的微生物新 资源资源第三节第三节 从植物内生菌中筛选微生物新药从植物内生菌中筛选微生物新药第四节第四节 从海洋微生物中筛选微生物新药从海洋微生物中筛选微生物新药第一节第一节 稀有放线菌是产生微生物稀有放线菌是产生微生物 新药的重要源泉新药的重要源泉所谓的稀有放线菌所谓的稀有放线菌(rare actinomycetes)即为除链霉菌属即为除链霉菌属外的其它属的放线
2、菌。外的其它属的放线菌。稀有放线菌是产生微生物稀有放线菌是产生微生物新药的重要源泉新药的重要源泉到到1974年止,放线菌来源的抗生素几乎都是由年止,放线菌来源的抗生素几乎都是由链霉菌属产生的(约占链霉菌属产生的(约占2000种抗生素中的种抗生素中的95%)。但在随后)。但在随后6年的报导中,由放线菌产年的报导中,由放线菌产生的仅占生的仅占25%。事实证明,稀有放线菌是发觉。事实证明,稀有放线菌是发觉新抗生素的极好来源,且它们产生各种不同抗新抗生素的极好来源,且它们产生各种不同抗生素的实力不亚于链霉菌属。同样,细菌和霉生素的实力不亚于链霉菌属。同样,细菌和霉菌也仍是产生新的生理活性物质的源泉,特
3、殊菌也仍是产生新的生理活性物质的源泉,特殊是近年来从霉菌的代谢产物中发觉新的生理活是近年来从霉菌的代谢产物中发觉新的生理活性物质的数目正在不断增加。性物质的数目正在不断增加。小单孢菌能产生独特化学结构的小单孢菌能产生独特化学结构的生物活性物质生物活性物质能产生独特化学结构的生物活性物质。近年来能产生独特化学结构的生物活性物质。近年来从小单孢菌中发觉了引人注目的结构新颖从小单孢菌中发觉了引人注目的结构新颖的烯二炔类抗肿瘤抗生素的烯二炔类抗肿瘤抗生素calicheamicin1(结构如图所示),由棘孢小单孢菌(结构如图所示),由棘孢小单孢菌.echinosporaspcalichensis所产生,
4、与肿瘤所产生,与肿瘤细胞作用时细胞作用时,分子中烯二炔部分起分子中烯二炔部分起“分子核弹分子核弹头头”作用,三巯基部分起作用,三巯基部分起“扳机扳机”作用,寡糖作用,寡糖部分起部分起“识别识别”作用,能选择性地结合并切除作用,能选择性地结合并切除双链中的特定片段,如、双链中的特定片段,如、和。和。:/kmdxb.jzcool /dxbzl/Calicheamicin1的化学结构的化学结构 小单孢菌能产生独特化学结构的小单孢菌能产生独特化学结构的生物活性物质生物活性物质碳黑小单孢菌碳黑小单孢菌.carbonacea产生强效的抗耐甲氧西林产生强效的抗耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(金黄色葡萄球菌(MRS
5、A)的寡糖类抗生素)的寡糖类抗生素ziracin(如如图图3 所示所示)。它对甲氧西林和万古霉素耐药菌作用很。它对甲氧西林和万古霉素耐药菌作用很强。对甲氧西林敏感和耐药的肺炎链球菌的为强。对甲氧西林敏感和耐药的肺炎链球菌的为00320125/,对青霉素耐药菌的,对青霉素耐药菌的为为01258/,对万古霉素敏感和耐药菌,对万古霉素敏感和耐药菌的为的为0452/。50为为25/。静注剂量。静注剂量1/的血浓度为的血浓度为10/。虽已进入虽已进入期临床试验,但没有获得批准。除期临床试验,但没有获得批准。除产生抗生素外,小单孢菌还产生很多非抗生素的生物产生抗生素外,小单孢菌还产生很多非抗生素的生物活性
6、物质。活性物质。Ziracin的化学结构的化学结构 游动放线菌游动放线菌(Actinoplane sp.)ATCC 3076产生的抗细菌抗生素雷莫拉宁。产生的抗细菌抗生素雷莫拉宁。黏细菌黏细菌一类值得关注的微生物新资源一类值得关注的微生物新资源Epothilons是由粘细菌纤维束菌是由粘细菌纤维束菌(Sorangium cellosum)产生的新型细胞产生的新型细胞毒化合物。它是一种新的毒化合物。它是一种新的16元环多酮大元环多酮大环内酯环内酯,含有一个噻唑基和环上的一个环含有一个噻唑基和环上的一个环氧结构氧结构(结构如图所示结构如图所示)。该菌产生和。该菌产生和两种主要组分、四种次要组分以两
7、种主要组分、四种次要组分以及及36种极微量成分。种极微量成分。Epothilons的化学结构的化学结构 从植物内生菌中筛选微生物新药从植物内生菌中筛选微生物新药 要利用植物内生菌这一资源丰富的宝库,首先要利用植物内生菌这一资源丰富的宝库,首先要将内生菌从植物中有效地分别出来,然后应要将内生菌从植物中有效地分别出来,然后应用分别色谱层析等生物分析方法从内生菌培育用分别色谱层析等生物分析方法从内生菌培育物滤液中分别并鉴定出令人感爱好的生物活性物滤液中分别并鉴定出令人感爱好的生物活性物质,如:紫杉醇、物质,如:紫杉醇、cryptocin、oocyclin、isopestacin、pseudomyci
8、n和和ambuic acid等。本文主要阐述了植物内生菌分别的一般规等。本文主要阐述了植物内生菌分别的一般规则,其生物活性代谢产物的最新探讨进展,以则,其生物活性代谢产物的最新探讨进展,以期读者对植物内生菌的重要性有更深刻的相识。期读者对植物内生菌的重要性有更深刻的相识。自然药物的筛选已成为现今的一个探讨热点,植物是自然药物的主要来源之一。生活在植物组织中的植物内生菌,由于其与植物的关系亲密,同时其产生的丰富多样的次生代谢产物具有多种生物活性,因此从中发觉新的有意义的化合物的潜力相当大,其作为新的治疗药物或前体药物的潜在来源已经引起人们的广泛重视。一、历史概况一、历史概况 1898年 Vogl
9、从黑麦草的种子中首次分别出第一株内生真菌。但在此后的70年间,内生菌的探讨进展缓慢;直到70年头,Bacon等人发觉高羊茅中的内生真菌和毒素的产生有关,从今以后植物内生菌的探讨在国际范围内引起了广泛的重视。二、植物内生菌二、植物内生菌目前较常用的宽泛好用性概念:植物内生菌是指那些在其生活史的确定阶段或全部阶段生活于健康植物的各种组织和器官内部的真菌和细菌,被感染的宿主植物(至少是短暂)不表现出外在病症,可通过组织学方法或从严格表面消毒的植物组织中分别或从植物组织内干脆扩增出微生物DNA的方法来证明其内生。即我们可以把植物内生菌理解为植物组织内的正常菌群,它们不仅包括了互惠共利的和中性的内共生微
10、生物,也包括了那些潜藏的宿主体内的病原微生物。三、植物内生菌的生物多三、植物内生菌的生物多样性样性1.宿主植物种类多样性2.内生菌自身种类多样性3.内生菌在植物组织中分布多样性 内生菌普遍存在于目前已探讨过的各种陆生及水生植物中。目前全世界至少已在80个属290多种禾本科植物中发觉有内生真菌。自20世纪70年头后期,内生菌在一些重要的经济林木如针叶类的各种冷杉、云衫、红杉、紫杉、松柏等以及阔叶的桉树、栎树、桦树、桤木等植物树皮、枝叶中相继被发觉并得到了广泛的探讨。进而在多种灌木、草本植物以及栽培作物、果树甚至藻类、苔藓和蕨类植物中也发觉了内生菌。对于一种植物而言,从中可分别到的内生真菌和细菌通
11、常为数种至数十种,有的甚至多达数百种。在热带雨林植物中,内生菌的多样性更为突出。例如:Anorld等人最近分析了巴拿马中部雨林中两种植物叶子中的内生菌,结果发觉分别自83片健康叶子上的内生菌可多达418个形态学种主要内生真菌主要内生真菌子囊孢子类:核菌纲 盘菌纲 腔菌纲广泛分布的种属:半壳霉属 拟隐孢霉属 拟茎点霉属 叶点霉属常见内生细菌常见内生细菌大多数为土壤微生物类群:假单孢菌属 芽孢杆菌属 肠杆菌属 土壤杆菌属 内生真菌的菌丝生长于植物组织的细胞间,分布于叶鞘、种子、花、茎、叶片和根。其中叶鞘和种子的菌丝含量最多而叶片和根的含量极微。四、植物内生菌的作用四、植物内生菌的作用1.促进宿主植
12、物的生长2.增加宿主植物的抗逆性3.产生具有生理活性的代谢产物 1.内生菌能产生IAA等植物生长激素2.内生菌增加宿主植物对氮、磷等养分元素的吸取3.如:禾本科农作物上的内生细菌具有很强的固氮实力。感染内生真菌的牧草对氮、磷的摄取实力也有所提高。感染内生菌的宿主植物对环境具有很强的抗逆性,如抗干旱、抗病原细菌和真菌、抗线虫、阻抑昆虫和食草动物的采食等。在内生菌中,有对宿主植物体内某些活性成分的形成有重要影响者,也有产生和宿主植物相同或相像的生理活性成分。五、植物内生菌产生的生理活性物质1.抗生素类物质2.抗肿瘤活性物质3.植物生长调整物质4.杀昆虫物质5.其他类型的活性产物1.抗生素类物质抗生
13、素类物质 随着细菌耐药性的出现激发了人们寻求更多更好的抗菌素;同时,由于艾滋病和器官移植引起的真菌感染人数不断增加,对于高效抗真菌制剂的需求也不断增加;加之目前治疗原生动物寄生感染药物的匮乏,找寻更新更有效的治疗药物来解决这些问题已燃眉之急。以往,抗生素的主要来源是土壤微生物。而今,植物内生菌这一多样性特别丰富却尚未开发的微生物类群看来是一巨大资源 刺盘孢属内生菌Colletotrichum gloeosporicoides产生的Colletotric acid抗微生物活性内生菌Colletotrichum sp产生的6-isopenylindole-3-carboxylic acid3,5-
14、dihydroxy-6-acetoxy-ergosta-7,22-diene 3,5-dihydroxy-6-phenylacety-loxy-ergosta-7,22-diene 抗微生物活性,对人畜和植物病原真菌和细菌有良好抑制作用内生真菌Cryptosporiopsis cf.quercina产生的新型环肽抗生素cryptocandin对癣菌及白色念珠菌等人类病原真菌具有猛烈抑杀作用其MIC与临床应用的抗真菌药amphotericin B相当,具有良好开发前景内生真菌Cryptosporiopsis cf.quercina产生的酰胺类生物碱cryptocin对稻瘟病菌及其他多种植物病原真
15、菌具有很强的抑杀作用内生菌Cytonaema sp.产生的Cytonic Acid A(1)和 Cytonic Acid B(2)抑制人细胞肥大病毒组装镰孢霉属内生真菌Fusarium sp.CR377产生的一种新型的酮内酯(pentaketide)化合物对白色念珠菌有较强活性内生真菌Fungus CR115产生的一个二萜化合物Guanacastepene A对多种革兰氏阳性和阴性细菌和白色念珠菌有活性内生菌Geniculosporium sp.产生的Geniculol(1)和 Cytochalsin F(2)杀藻剂内生真菌Pestalotiopsis jesteri产生的新的环己烯酮环氧化合
16、物Jesterone对引起大多数植物致病的致病真菌有选择性活性内生菌Pestalotiopsis microspora产生的Ambuic acid抗真菌剂内生菌Phoma sp.NRRL 2 5697产生的5种新的化合物Pginadecakubs A-D(1-4)&Pginaoebtebibe A(5)具有抗革兰氏阳性菌活性拟点霉属内生菌Phomopsis sp.产生的Phomoxanthones A(1)&B(2)是两个新的氧杂蒽酮二聚体具有显著的抗疟疾和抗结核活性 分别自锡兰桂小枝的内生菌Muscodor,其所释放的挥发性物质(醇,酯,酮,酸和脂)对人及植物的致病真菌和细菌有很强的杀伤性。
17、分别自欧洲紫杉(Taxus baccata)的内生真菌Acremonium sp.产生的白灰制菌素A具有抗真菌活性。分别自欧洲杜松(Juniperus communis)的内生真菌Hormonema,从其发酵液中分别出一种新的三萜糖苷对念珠菌属和曲霉属的真菌具有很强的活性 2.抗肿瘤活性物质抗肿瘤活性物质1)紫杉醇(Taxol)紫杉醇是一种以极低含量存在于各种紫杉属植物树皮和树叶中的萜类化合物,临床上是治疗乳腺癌、子宫癌和卵巢癌的良效药物,自1992年投入市场以来,取得了临床疗效和市场效应的极大成功。Taxol 1993年美国学者Stierle等人首次从短叶紫杉(Taxus brevifoli
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