海洋微生物药物的开发和应用_周世水

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1 海洋微生物药物的开发和应用现状
自从美国 1967 年提出“向海洋要药(Drug f rom the sea)”的口号开始 , “蓝色药物” 引起了各国的重 视 , 短短几十年便有 10000 多种新型结构的化合物 被发现 , 其中 200 多种已申请专利[ 4] 。 海洋微生物 药物作为海洋药物的重要组成部分同样取得了辉煌 的成就 , 成功的例子是 1945 年从意大利撒丁岛分离 到一株海洋真菌(顶头孢霉菌), 它产生的头孢霉素
in 等也都是由相应的海洋微生物产生 。从 Apogon 培养和活性物的筛选难度也大 。 因此海洋微生物药
endekataenia 鱼 内脏中 分离 到脂 肽 Fellutamides A 物的筛选必定采用活性引导型开发方法 , 即先明确
和 B , 具细胞毒性并能刺激神经生长因子 , 从佛罗里 研究目标物质的活性是什么 , 市场有多大 , 竞争对手
共生微生物 ;鲨鱼 、多毛类生物体表的微生物等 。由 于海洋微生物的采集远比陆地微生物的采集困难 ,
tamy cins 由海 泥中 的链 霉菌 S .tenj imariensis 产 尤其是特殊环境如高压或高温下的微生物采集 , 这
生 , 海葵毒素 Ap -A 、Ap -B 及石房蛤毒素 Saxit ox- 需要专门仪器和付出巨大代价 , 而且海洋微生物的
抗肿瘤 、抗病毒 、抗菌等功 能 。 海洋粘 球菌 Chon- 生物医疗保健品前途广阔 。
dromyces 中发现一类新型缩酚酸肽 Chondramides A ~ D , 对多种人类瘤细胞有极强的细胞毒性[ 7] 。 Brill
总之海洋微生物药物的开发虽取得巨大成绩 , 但研究开发尚处于初级阶段 , 还有更多海洋微生物
筛选工作变的容易并可发现更多新型海洋微生物及 来实现海洋微生物药物生产的工业化和不断降低药
其药物 。
物生产成本 。因此按照“优中选优”进行海洋微生物
2 .2 海洋微生物药物开发成新药的技术和方法 对于筛选到的活性物质必须确定其化学结构和
药物开发和工业化生产的一体化是向海洋要药的重 要一环 。
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
已被开发成临床广泛应用的 30 多个品种如先锋霉 素 。目前海洋微生物药物的开发和应用现状主要有 以下几方面 。 首先是海洋微生物在抗菌抗病毒类药物方面的 开发和应用 , 它是陆栖微生物药物研究开发的延续 和扩展 。 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[ 5] 。 冈见氏从日 本相模湾的 浅海泥中分离出 的链霉菌 SS -20 , 产生的 抗菌素 Aplasmomycin , 对 G+菌有强抑制作用 , 体内试验可 抑制疟原虫且毒性小 。 冈崎氏分离到钦氏菌产生的 抗菌素 SS -228Y 可抑制 G+菌 、小鼠艾氏腹水癌和 多巴胺 β —羟化酶[ 3] 。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[ 1] 。 这些都表明成功开发海洋 微生物抗菌抗病毒类药物是可行的 。 海洋微生物药物开发和应用的重点在抗肿瘤药 物方面 。 1996 年 Burkholder 从海洋假 单孢菌中分 离到有抗癌作用的硝吡咯菌素 Py rolint rin 开始 , 人
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第 2 期
周世水 , 等ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ:海洋微生物药物的开发和应用
第 32 卷
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
碳五烯酸 EPA 和二 十二碳六烯酸 DHA 等多价不 饱和脂 肪酸[ 13] , 海洋 真菌 及杜 氏 盐藻 Dunaliel la
第 32 卷 第 2 期 2002 年 6 月
工 业微 生 物
Industrial M icrobiology
V ol .32 N o.2 June 2002
海洋微生物药物的开发和应用
周世水1 , 丁金国2 , 姚汝华1
(1 .华南理工大学食品与生物 工程学院 , 广州 510640 ;2 .山东省诸城外贸集 团 , 山东 262200)
菌 Alterom anas Haloplankt is 能产生抑制肿 瘤细胞 的离子载体类代谢产物[ 6] 。K .Cust afson 等从海洋
细菌中分离到大环内酯类化合物 Maclolactins, 具有
sali na 产生 β —胡 萝卜 , 海洋 细菌 Pseudomonas SP 产生灵菌红素 P rodigiosin , Shimizu 实验室用海洋细 菌生产虾青素 Astaxantin[ 14] 。这都表明开发海洋微
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 U liginosum 代谢 产生杂多糖 Marinactan , 能够增强免疫功能和抑制
第一作者简介 :周世水(1971 ~ ), 男 , 在职博士生 , 讲师 。
防用新型特效药 。
2 海洋微生物药物研究开发的技术和方法
对 P -388 、A -549 和 MEL -28 有强的细胞毒活 性[ 9] 。 Imamura 等从 Pelagiobacter variabi lis 中 得
海洋微生物药物的研究开发需要依靠现代科技 的进步和各门学科的协同作用 , 目前海洋微生物药
有一套专门快速有效的方法 。如福建海洋研究所的 海洋微生物培养 、分离方法和技术就颇为成功[ 15] ,
发成为医疗保健品 。 海洋真菌如破囊壶菌 Thraus- 而美国 Cy anamid 公司的研究人员运用保密的独特
tochy tri um 、裂 殖壶菌 Sohizochytrium 等产 生二 十 分子筛选技术 , 对从世界各地采集的海洋微生物进
到吩嗪抗生素 Pelagiomicins A , B 和 C , 在体内外有 较强的抗肿瘤活性[ 10] 。
物的迅速开发和应用是新技术不断涌现并推广应用 的必然结果 。
对许多海洋生物毒素进行研究时发现很多活性 2 .1 海洋微生物的采集和海洋微生物药物的筛选
物质是由共生或寄生的微生物产生 , 因此从海洋大 技术和方法
型生物的体表或内脏中分离 、筛选海洋微生物药物 海洋微生物药物开发首先是采集和筛选海洋微
成为新药开发的重要来源 。这已引起人们地重视并 生物及其药物 。 海洋微生物的来源主要分为海水 、
展开深入的研究 , 已经取得大量研究成果 。 河豚毒 海泥和海砂中的微生物 ;鲜活鱼虾的组织 、消化道中
素 T etrodotoxin 是 由鱼内 脏中 的单孢 菌属 细菌 产 生 , 通过 细菌培 养得到 河豚毒 素[ 11] ;海神 毒素 Is-
3 海洋微生物药物的开发和应用的展望
选等技术的应用使天然产物数量和活性种类迅速增 随着社会发展 、环境变迁和科技进步 , 人类疾病
多 , 导致天然产物化学结构确定工作变得更加困难 。 谱也在发生明显的变化 , 各种新老疑难病症严重威
1968 年 Petti t 小组在大量采集的海洋生物中发现强 胁着人类的健康和生存 。为寻求防治疾病用新型药
而螃蟹 Chinoecetes opi lio 上分离到真菌 Phoma sp . 而将能产生特定药物的微生物从大量样品中特异 、
可产生 Phomactins , 虾卵共生菌中可分离出有明显 高效分离出来本身需要一套专门的微生物及活性物
抗真 菌 作 用 的抗 生 素 Ist atin , 海 洋藻 Sargassum 分离培养技术 。针对微生物分离培养的特定生长环
筛选 (HT S)或 快 速 分 子 筛 选 (Rapid M olecular 物基因克隆到容易培养 、生长繁殖迅速或产物容易
screening met hods)方法 , 而以药物作为靶点如酶和 受体的筛选模型提高了药物筛选的特异性 , 以基因
分泌到体外的微生物如常用陆生酵母菌 、枯草杆菌 、 大肠杆菌等来进行表达 、合成和生产 , 从而大幅度提
Gerw ick 研究组最近从加勒比海真菌 Lyngbra m a- 药物等待进一步开发来提供给临床上更多治疗和预
j uscula 中分得 Curacin A , 它是一种有抗肿瘤和有丝 分裂潜力的药物[ 8] 。 Romero 等从海洋放 射菌 L -
13 -ACM -092 的菌丝中分离到多肽 Thioco raline ,
达水母体内分离到一种海洋细 菌可产生新抗 生素
Salinamide A 、B[ 12] , 从海洋 双贝壳 My tilus coruscus 上分离的丝状真菌青 霉得到代谢产物 Co ruscol[ 2] ,
如何 , 筛选成功可能性有多大等主要投入产出问题 后才确定能否行开发 。 海洋微生物菌株要从海洋各区域中进行采集 ,
tort ile 表面分离到丝状真菌 Leptospharia sp ., 产生 境如高盐 、高压 、高温 、低营养等 , 以及微生物种类的
Leptosins 。所有研究成果表明这是开发新型海洋微 不同如细菌 、真菌或放线菌等 , 世界各地的实验室都
生物药物的重要来源 。 海洋微生物产生的其它有药效的活性物质可开
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第 2 期
工 业 微 生 物
第 32 卷
行测试来寻找有抗菌 、抗病毒 、抗癌征兆或有治疗心 和应用推广 , 为实现从获得目的微生物菌株到培养
血管 、神经系统疾病苗头的药物 。目前海洋微生物 生产得到需药物的全过程提供了可靠的技术保证 。
药物筛选快捷有效的方法是采用自动化高通量药物 特别是利用基因工程对原微生物菌株的改良或将药
烈抗肿瘤活性的总合草苔虫 Bugula neri ti na , 经过 13 年的连续努力才阐明其活性成分草苔虫素 Bryo-
作为靶点筛选模型可得到药物作用机理的信息 , 计 高药物的含量和产量 。 利用细胞工程技术可实现不
算机辅助筛选则通过模拟来加快药物筛选速度 , 这 同种属间生物的融合杂交 , 从而改良菌种和开发所
些都已成为海洋微生物药物研究的重要方法 。总之 需药物 。 利用微生物发酵技术的成熟工艺 、后处理
随着海洋微生物及其药物筛选模型的不断增多将使 和分离纯化技术以及高度自动化的生物反应器设备
摘 要 概要介绍了海洋微生物药物的开发和应用现状 、海洋微生物药物的研究开发技术和方 法 , 并展望了海洋微生物药物及其资源的开发和应用前景 。 关键词 :海洋微生物 ; 海洋微生物药物 ; 筛选方法
随着陆栖微生物在抗生素 、酶 、酶抑制剂等生物 活性物质方面的大量开发和应用 , 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 。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 洋是生 命的起 源地 , 不 仅占地 球表 面积 的 71 %, 而且包含着地球上 80 %的生物资源 。 海洋环 境的多样性和特殊性如存在的高盐 、高压 、低温 、低 营养或无光照等特殊生态环境 , 共同造就了海洋生 物种类的多样性和特殊性 , 其中海洋微生物种类就 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 %[ 2] , 其中日 本近年来的大量研究发现约 27 %的海洋微 生物具 有抗菌活性[ 3] 。因此海洋微生物普遍具备耐盐 、液 化琼脂能力的同时还具有独特的代谢途径和遗传背 景 , 产生出不同结构和功能的天然活性物质 , 所以这 成为寻找特定目的海洋微生物 及其药物的丰 富资 源 , 也为微生物工业化生产新药开辟了一条崭新道 路。
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