海洋放线菌研究的新进展

海洋放线菌研究的新进展

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刘妍　李志勇

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(上海交通大学生命科学技术学院海洋生物技术实验室,上海　200240)

摘　要:　海洋放线菌由于其独特的代谢途径和合成新颖抗生素的能力,已经广泛引起人们的关注。本文就海洋放线菌在海洋环境中的分布、医药领域的应用及其相关研究方法进行了综述。

关键词:　海洋放线菌　分布　抗生素　研究方法

N ew R esearch Progress of Marine Actinomycetes

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Liu Yan Li Zhiyong 33

(M arine B iotechnology L aboratory ,S chool of L i f e S cience and B iotechnolog y ,

S hanghai J iao Tong Universit y ,S hanghai 200240)

Abstract :　Great attentions have been paid to marine actinomycetes for their particular metabolic pathway and the ability to synthesize new antibiotics.This review summarized new development on the distribution ,pharmaceuti 2cal application and research approach of marine actinomycetes.

K ey words :　Marine actinomycetes Distribution Antibiotics Research approach

放线菌(acti nom ycetes )是一类高(G +C )%的

革兰氏阳性细菌。自1875年Cohn 从人泪腺感染病灶中分离到一株链丝菌(st reptot hri x )以来,放线菌由于其拥有独特的合成多种结构复杂的次生代谢产物的能力引起了人们的广泛关注。许多放线菌的次生代谢产物具有医药和植物保护方面的用途,已广泛用作抗细菌、抗真菌和抗肿瘤药物。现在已发现的数万种微生物来源的生物活性物质中,约有70%是由放线菌所合成的[1]。

目前分离得到的绝大多数放线菌都来源于土壤,陆生放线菌产生的抗生素占天然来源抗生素的三分之二以上。然而,随着病原微生物对抗生素抗性的日益提高,寻找具有新型作用机制的抗生素已迫在眉睫。近20年来,从陆生放线菌中分离得到的先导化合物的数量锐减,于是人们把目光投向了更为广阔的生境———海洋[2]。海洋占地球面积的70%,海洋微生物无论从数量还是多样性方面来说都是巨大的。

海洋放线菌的生活环境十分特殊,如:高盐度、高压、低营养、低温及与不同生物之间的关系等[3]。在这些所谓生命的极限环境中,海洋放线菌已发展出独特的代谢方式[4],这不仅确保其在极端环境中生存,也提供了产生新颖抗生素的潜力[5]。因此,海洋环境将成为放线菌和放线菌代谢产物的重要新来源。下面分别从海洋放线菌的分布、生物活性物质、研究方法等角度对于海洋放线菌的最新研究进展予以介绍。

1　海洋放线菌的分布

虽然人们普遍认为海洋放线菌的祖先来源于陆地,但越来越多研究表明:深海中有许多罕见的放线菌,这些放线菌与陆生样品中典型的放线菌有很大的不同[2,6,7]。

海洋放线菌主要包括链霉菌属(S t reptom yce 2tes )、小单孢菌属(M icromonos pora )以及红球菌(R hodococcus )、诺卡氏菌(N ocar di a )、游动放线菌(A cti nopl anetes )等稀有属种[8]。海洋放线菌主要

收稿日期:2005206221

　3基金项目:国家高新技术发展计划(863)资助(2002AA628080,2004AA628060)及上海市青年科技启明星计划资助(04QMX1411)和上海

高校优秀青年教师后备人才计划资助

作者简介:刘妍(19812),女,硕士研究生。研究方向:海洋微生物33通讯作者:李志勇,Tel :021*********,E 2Mail :zyli @

　生物技术通报

・综述与专论・ B IOTEC HNOLOGY BULL ETI N

2005年第6期

分布在海底沉积物、海洋生物表面以及海水中,早在1946年Zobell[9]就从死海的海水、海藻和底层沉积物中分离得到了多种放线菌。

1.1　海底沉积物中的放线菌

深海沉积物是营养较为丰富的微栖息地,占地球表面积的63.5%[10]。最新研究表明,海底沉积物中的物种多样性要远大于海岸沉积物[11],几乎可与热带雨林相媲美[12]。近年来,不断有人从世界各地的海洋沉积物中分离出特殊的放线菌,其中一部分具有重要的医用价值。

见吉郎等从日本Tenjin岛的近海区泥样中分离到一株放线菌,气生菌丝呈浅蓝色,在Pridhan2G ott2 lieb’s基础培养基里能利用葡萄糖和肌醇作为惟一碳源。这个分离物已被鉴定为链霉菌的一个新种。曾尝试从靠近该岛的沿海陆地去分离这种链霉菌都失败了,暗示该菌株的栖息地是岛屿特异的[13]。J ensen等[6]在巴哈马的15个海岛近海沉积物中分离到289个放线菌菌落,其中283个属于游动放线菌和链霉菌这两个属。并通过分析,建立了这两个属的放线菌数目与采样深度之间的模型:即随着深度的增加,链霉菌的数目迅速下降而游动放线菌的数目有所增加。Mincer等[14]从3个不同的海洋沉积物系统中都分离到了MAR1这种对多种病原菌显示出抗菌作用的新放线菌类群,并证明了该放线菌在海洋中分布广泛。Sabry等[15]从埃及AbuQir 湾的海底沉积物中分离到一株具有浅褐到亮黄色气生菌丝、棕色基质菌丝的放线菌菌株SN G49(T),经鉴定属于N ocardiopsis属的一个新的种。

2004年,Magarvey等[16]用一种独特的选择性培养方法从新几内亚的所罗门海海底沉积物中分离到了2种新的放线菌,它们都属于M icromonos pora2 ceae属,并且对多种病原菌,肿瘤细胞和牛痘病毒的复制都具有抑制作用。而Bernan等[17]从佛罗里达潮间沉积物中分离到的一株属于链霉菌属的菌株LL231F508经鉴定对S t a p hy lococcus和Enterococ2 cus spp.具有很强的抗菌作用。

1.2　海洋动植物共附生的海洋放线菌

海洋放线菌是浅海环境的重要抑制剂,但它们生存表面的分布仍然不清楚。除了海底沉积物之外,有相当一部分放线菌在无脊椎动物的表面上生存。推测这种共生关系可能在化学方面是有意义的[18]。

海绵是最原始的多细胞生物,构造简单,并且能产生多种活性物质。近些年,越来越多的研究表明许多以前被认为是海绵产生的生物活性物质实际上是由与海绵共生、附生或寄生的微生物所产生的[19],而放线菌是海绵共生菌群中一个重要的类群[20,21]。

中科院沈阳生态所的刘丽[22,23]等人从大连海域的繁茂膜海绵(H y meni aci don perleve)中分离到5株具有抗菌活性的放线菌,它们分别对白色假丝酵母菌(Candi d a albicans)、枯草芽孢杆菌(B acill us subtilis)、稻瘟霉病菌(Py ricul ari a ory z ae)等有良好的抑制作用。Hent schel[24]从A pl ysi na aerop ho2 ba和A pl ysi na cavernicol a这两种海绵中分离得到了一株放线菌SB58,经测序属于M icrococcus l y l ae,而Bultel2Ponce[25]则发现这种放线菌能够产生具有强抗菌活性的物质:2,4,4′2三氯22′2羟基二苯乙烯。

基于16S rDNA分析的分子生物学技术的应用,加快了人们对海绵共附生放线菌的研究进程。2001年澳大利亚海洋生物研究所的Webster等人[20]就运用了16S rDNA建库和原位荧光杂交(FISH)的方法证明了在R hop aloei des odorabile海绵组织中存在着大量的放线菌(占到了克隆文库的30%)。随后,他们通过16S rDNA分析结果优化了培养基配方和培养条件,在培养基中添加了海绵浸出汁,从而分离得到了一些具有新的形态学特征的放线菌。最近,Montalvo[26]等对X estos pongi a属的两种海绵做了16S rDNA群落分析,结果表明:这两种海绵中存在A cti nom ycetales属的放线菌,在克隆文库中的丰度分别占到12%和30%,其中一些放线菌是海绵中所特有的,因此可以将之作为分离新型放线菌的来源。

除海绵以外,其他海洋生物表面也发现有放线菌的分布。如W.Fenical[18]分离出来自墨西哥,加利福尼亚海湾的柳珊瑚礁表面的一种链霉菌,此分离菌(菌种P G2L A)在海洋介质中生长时产生一系列拥有细胞毒性和抗菌特性的未描述过的代谢物。而来自佛罗里达珊瑚岛的一种未描述过的水母表面最近也发现有一种放线菌,可以产生独特的肽代谢物。

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2005年第6期 刘妍等:海洋放线菌研究的新进展