海洋放线菌_药物开发的新兴资源_蔡超靖

海洋放线菌—药物开发的新兴资源蔡超靖， 丁彦博， 单越琦， 穆云龙（华北制药集团新药研究开发有限责任公司 微生物药物国家工程研究中心河北省工业微生物代谢工程技术研究中心, 石家庄 050015）摘 要：近些年，海洋放线菌成为新药研发的重要来源，引起人们的关注，本文综述了海洋放线菌在分离方面取得的成绩，并介绍了通过传统筛选方法分离得到的生物活性代谢物，以及在与新化合物相关的基因挖掘和生物合成基因簇的异源表达方面取得的进展。

关键词：海洋放线菌； 活性代谢产物； 基因组学； 异源表达中图分类号：R978.1 文献标识码：A 文章编号：1001-8751(2012)01-0022-08Marine Actinomycetes －an Emerging Resource for the Drug DiscoveryCai Chao-Jing ， Ding Yan-Bo ， Shan Yue-Qi ， Mu Yun-Long（New Drug Research & Development Center of North China Pharmaceutical Group Corporation, National Microbial Medicine Engineering & Research Center, Hebei Industrial Microbial Metabolic Engineering Research Center, Shijiazhuang 050015）Abstract: As an important resource of the new drugs, more and more attentions were paid on marine actinomycetes recently. This review highlights achievements in the isolation of marine actinomycetes, some examples of bioactive metabolites identi fied by traditional screening, and presents new progress in the field of genome mining leading to the discovery of novel compounds and heterologous expression of biosynthetic gene clusters.Key words ：marine actinomycetes ； bioactive secondary metabolites ； genomics ；heterologous expression收稿日期：2011-11-15作者简介：蔡超靖，工程师， 研究方向：微生物来源的新药筛选。

放线菌是革兰阳性细菌，能产多种活性化合物，从20世纪50年代，人们开始研究和筛选陆生放线菌，得到许多重要的抗菌药物（两性霉素B ，红霉素，万古霉素），抗癌药物（柔红霉素，博莱霉素，丝裂霉素）和免疫抑制剂（雷帕霉素）。

但近几年由于分离和筛选方法的限制，导致发现的化合物重复性高，人们转而开始研究极端生境微生物[1]，以期发现新属种与新化合物。

目前已经从海洋放线菌中分离到了许多结构新颖并具有多种生物活性的化合物，因此开发海洋放线菌资源，寻找新型活性先导化合物成为当前的研究热点[2]。

1 海洋放线菌及其分离技术海洋放线菌的分离早在1969年[3]就开始，但由于与陆生放线菌的分离方法没有太大区别，因此未得到新的属种。

随着采样和分离、培养方法的改进，许多海洋固有放线菌实现分离培养，海洋环境成为新的放线菌和新天然产物的来源。

Fenica 和Jensen [4]从热带太平洋海域发现了包括嗜盐产孢菌属Salinispora (MAR1类群)和海孢菌属Marinispora (MAR2类群)在内的至少13个海洋放线菌类群，并发现了新骨架次生代谢产物，其中MAR1类群必需依赖海水才能生长，是典型的海洋固有放线菌。

据Goodfellow等[5]统计，从2003年至2010年发现了50个海洋来源的放线菌属，而在海洋环境中首次描述的新属有12个：Demequina，Marisediminicola，S a l i n i b a c t e r i u m，E u z e b y a，M i n i i m o n a s，Salinispora，Iamia，Ornithinibacter，Sciscionella，Marinactinospora，Phycicola，Serinicoccus。

其中一些属可代谢产生具有生物活性的新化合物，这说明海洋环境是一个巨大的生物资源库，而海洋来源放线菌的多样性也为发现新的化合物提供了可能。

分离技术对于成功培养海洋放线菌是极其重要的，首先培养基是分离培养的关键因素，在培养基中加入特定的碳、氮源可选择性的分离到较多的海洋放线菌[6]，在培养基中加入小分子信号化合物可增加可培养海洋放线菌的数量[7]，另外使用寡营养培养基并适度延长培养时间，可分离到稀有放线菌[8]，本实验室经分离发现腐殖酸-维生素培养基（HVA）在获得多样化菌株方面具有优势，并且可培养的放线菌数量也较多。

同时也发现适当的盐度有助于海洋放线菌分离培养，大部分菌株在添加海水(或适量NaCl)的培养基上生长良好。

嗜盐孢菌属Salinispora 和海孢菌属Marinospora就是依赖海水生长的两个海洋固有放线菌。

其次分离方法也很重要，如过度稀释法[9]，噬菌体定向筛选法[10]，微囊化法[11]，分散差速离心法[12]，这些方法都可以显著提高从海洋样本中分离的放线菌数量，其中微囊化法，可分离难培养放线菌并获得大量未知菌，而分散差速离心法可以较好地处理海泥样品从而获得大量放线菌。

另外，对样品进行预处理如：紫外辐射，超高频率辐射，极高频率辐射，也有助于使休眠状态的放线菌复苏， Bredholdt[13]自挪威特隆赫姆峡湾450m深处采集的海底沉积物，使用传统分离方法，只分离到链霉菌属和小单孢菌属，而经预处理后再分离可以得到11个不同的属。

本实验室经微波（超高频）处理海泥样品，发现随着微波时间适度延长，可获得种类更多样的放线菌，验证了以上理论。

总之对样品进行适当的预处理后，采用合适的分离方法和培养基，将提高可培养放线菌的数量与种类。

2 海洋放线菌来源的小分子化合物最近许多文献报道了从海洋生物中分离的生物活性分子[4-5,14-15]，但从Mayer等[15]的数据中发现海洋天然产物中只有少数来自于放线菌，这可能是因为这些年对海洋药物的研究主要集中在海绵，被囊动物，珊瑚，海藻上。

事实上，分离自海洋动物的活性化合物可能是由共生菌合成的[16]，目前已将研究重点转向分离这种菌并进行可持续培养。

现已从海洋放线菌中分离到一些具有生物活性的化合物，见表1。

2.1生物碱类Salinosporamide A(marizomib，图1)是海洋放线菌次生代谢产物在药物研发方面成功的例子，该化合物是从砂嗜盐产孢菌Salinispora arenicola[17]中分离的生物碱类蛋白酶体抑制剂，它与20S蛋白酶体亚基的催化核心发生不可逆结合，并对其抑制，从而破坏细胞增殖，诱导细胞凋亡，抑制肿瘤和血管新生，具有较强的细胞毒选择活性。

Salinosporamide A 由Nereus公司研发，目前正用于治疗晚期恶性实体瘤患者的I期临床试验。

Diazepinomicin（图1）是一种从海洋小单孢菌中分离的新型生物碱类抗生素，它与外周苯并二嗪受体结合，同时阻断RAS/MAP激酶通路[18]，诱导细胞凋亡，对癌细胞有显著的抑制作用。

目前，Thallion制药公司对其进行早期的临床调查发现Diazepinomicin可用于治疗晚期癌症。

Staurosporine(星型孢菌素，图1)是从海洋链霉菌Streptomyces roseoflavus分离得到的吲哚咔唑类生物碱，具有抗肿瘤、抑制蛋白激酶C、抗血小板凝聚、阻滞细胞周期等多种生物活性[19]。

2.2 聚酮类A b y s s o m i c i n C（图2）是从海洋疣孢菌Verrucosispora maris分离得到的多环聚酮类化合物，是所发现的第一个天然的氨苯甲酸（PABA）的抑制剂，它通过抑制菌体内PABA的生物合成来抑制嘌呤前体-四氢叶酸的生物合成，从而达到抑菌目的，这是一种针对新抑菌靶点的抗生素。

它对耐甲氧西林金葡球菌（MRSA）具有抗菌活性，最新数据显示abyssomicin可用于治疗结核病，因为它对结核杆菌具有强有力的抑制作用[20]。

Saliniketal A和Saliniketal B（图2）是从海洋砂嗜盐产孢菌[21]中分离得到的两个结构新颖的聚酮类化合物，结构与利福霉素相似，可抑制癌细胞增殖，用于防治癌症。

2.3肽类表1分离自海洋放线菌一些生物活性天然产物T able 1 Some natural products with biological activity isolated from marine actinomycetes化合物生物活性分离株Ammosamides细胞毒活性链霉菌属Streptomyces sp.Antiprotealide抗肿瘤热带嗜盐产孢菌Salinispora tropica2-Allyloxyphenol抗细菌,抗氧化链霉菌属Streptomyces sp.Albidopyrone细胞毒活性链霉菌属Streptomyces sp.Arenamides抗肿瘤砂嗜盐产孢菌Salinispora arenicola Aureoverticillactam细胞毒活性金黄垂直链霉菌Streptomyces aureoverticillatus Ayamycin抗细菌诺卡氏菌属Nocardia sp.Carboxamycin 抗细菌, 细胞毒活性链霉菌属Streptomyces sp.Cyclomarines抗炎链霉菌属Streptomyces sp.,砂嗜盐产孢菌Salinispora arenicolaDaryamide C抗肿瘤链霉菌属Streptomyces sp.Dermacozines细胞毒活性,清除自由基活性皮球菌属Dermacoccus sp.Enterocin抑菌活性海洋链霉菌Streptomyces maritimusEssramycin抗细菌链霉菌属Streptomyces sp.γ-Indomycinone抗肿瘤链霉菌属Streptomyces sp.Indoxamycins细胞毒活性链霉菌属Streptomyces sp.Lipoxazolidinones抗细菌海孢菌属Marinispora sp.Lodopyridone细胞毒活性糖单胞菌属Saccharomonospora sp.Lynamicins 抗细菌海孢菌属Marinispora sp.Mansouramycins 细胞毒活性链霉菌属Streptomyces sp.Marinisporolides抗真菌海孢菌属Marinispora sp.Marinopyrroles 抗细菌, 细胞毒活性链霉菌属Streptomyces sp.Naseseazines抗肿瘤链霉菌属Streptomyces sp.Proximicins细胞毒活性疣孢菌属V errucosispora sp.Resistofl avine抗肿瘤, 抗细菌链霉菌属Streptomyces sp.Salinamides抗炎链霉菌属Streptomyces sp.Salinipyrone A抗炎太平洋嗜盐产孢菌Salinispora pacifi ca Salinisporamycin 抗细菌砂嗜盐产孢菌Salinispora arenicolaSplenocins抗炎链霉菌属Streptomyces sp.Streptokordin细胞毒活性链霉菌属Streptomyces sp.Tartrolon D细胞毒活性链霉菌属Streptomyces sp.Tirandamycins抗细菌链霉菌属Streptomyces sp.Violacein抗原虫假单胞菌属Pseudomonas sp.噻可拉林（Thiocoraline，图3）是环硫代缩酚酸肽类的酶抑制剂，由海洋小单孢菌代谢产生[22]。