微生物药物学第二章 微生物资源多样性与微生物新药发现

1898年 Vogl从黑麦草的种子中首次分离出第 一株内生真菌。 但在此后的70年间，内生菌 的研究进展缓慢；直到70年代，Bacon等人发 现高羊茅中的内生真菌和毒素的产生有关， 从 此以后植物内生菌的研究在国际范围内引起了 广泛的重视。
二、植物内生菌
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1833年 人们发现从小麦叶片中可长一种性质不 明的锈状物，将它形象地称为“Outgrouws” 1866年 Barry将内生菌定义为生活在植物组织内 的微生物，用以区分那些生活在植物表面的表生 菌， 按此定义植物的致病菌、菌根菌也归属于 内生菌的概念范畴 1988年 Clay将内生菌定义为在植物体内完成其 生活史的部分或全部，但又不引起任何病症的微 生物， 包括细菌和真菌， 突出强调了内生菌和 植物的互惠共生关系， 这一概念范畴内不包括 植物致病菌和菌根菌。

(1) 自然界里，微生物的种类和数量是明显地随着环 境不同而改变。 (2) 微生物代谢产物的生产，会受所使用的培养条件 调节。 (3) 已经知道许许多多生物活性物质是通过次级代谢 而产生的，也因此将同时产生小量其他的相关物质。 如果引进更敏感的测定方法来检测；更有效的的分离 方法来纯化；更精密的方法来分析，将能得到新生物 活性化合物，即使其在发酵液里含量甚少。
(6) 最近开发的在不减压的情况下分离和培养嗜压微生物 的方法和设备，将对新微生物的生物活性产物的研究作出 贡献。


二、海洋微生物的生活习性 及其多样性
1, 耐盐性：一般地讲，海洋细菌的盐耐受性使 最适宜生长于含2%~4%的培养基。从放线菌 来说，大多数海洋链霉菌比陆栖链霉菌有较 广的盐而受性(1%~7%NaCl)，尽管有一些对 小于1%的NaCl仍敏感，和另一些能而受大于 7%NaCl。由此可见，某些链霉菌的先祖可能 来自陆地。
目前较常用的宽泛实用性概念：
植物内生菌是指那些在其生活史的一定阶段或全部 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（至少是暂时）不表现 出外在病症， 可通过组织学方法或从严格表面消 毒的植物组织中分离或从植物组织内直接扩增出微 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生物，也包括 了那些潜伏的宿主体内的病原微生物。
Ziracin的化学结构
游动放线菌(Actinoplane
sp.)ATCC 3076产 生的抗细菌抗生素雷莫拉宁。
黏细菌：一类值得关注的微生物新资源
Epothilons是由粘细菌纤维束菌(Sorangium
cellosum)产生的新型细胞毒化合物。它是一 种新的16元环多酮大环内酯，含有一个噻唑 基和环上的一个环氧结构(结构如图所示)。该 菌产生Ａ和Ｂ两种主要组分、Ｃ～Ｆ四种次 要组分以及36种极微量成分。
第二章
微生物资源的多样性 与微生物新药的发现
微生物次生代谢产物固有特性：
一，特异性的微生物产生菌
二，生理活性的多样性 三，独特的化学结构
一，微生物次生代谢产物来源的多样性
几乎所有类型的生物体都能够产生像抗
生素以及相似天然产物的那样的次级代 谢产物。 放线菌、粘细菌、藻青菌„„
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似的 生理活性成分。
五、植物内生菌产生的生理活性物质
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抗生素类物质 抗肿瘤活性物质 植物生长调节物质 杀昆虫物质 其他类型的活性产物
1.抗生素类物质
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强；加之目前治 疗原生动物寄生感染药物的匮乏，寻找更新 更有效的治疗药物来解决这些问题已迫在眉 睫。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十分丰富却尚 未开发的微生物类群看来是一巨大资源
最为常见的结构： 环肽/环肽内酯、大环内酯/内酰胺系统以及 depsip肽骨架

第一节 稀有放线菌是产生微生物新药的重 要源泉 第二节 黏细菌是一类值得关注的微生物新 资源 第三节 从植物内生菌中筛选微生物新药
第四节 从海洋微生物中筛选微生物新药
第一节 稀有放线菌是产生 微生物新药的重要源泉
所谓的稀有放线菌（rare
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内生菌能产生IAA等植物生长激 素 内生菌增强宿主植物对氮、磷 等营养元素的吸收
如：禾本科农作物上的内生细菌具有很强的 固氮能力。感染内生真菌的牧草对氮、磷的 摄取能力也有所提高。
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。
天然药物的筛选已成为现今的一个研究热点， 植物是天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 系密切，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，因此从中发现新的 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
三、植物内生菌的生物多样性
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宿主植物种类多样性 内生菌自身种类多样性 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研究过的各种陆生 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现有内生真菌。自20世纪 70年代后期， 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、枝叶中相继被发现并得到了广泛的研究。 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现了内生 菌。
O O O O OH
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O HO OH O
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Taxol
1993年美国学者Stierle等人首次从短叶紫 杉（Taxus brevifolia）的树皮中分离出一 株内生的真菌新种Taxomyces andreanae， 在培养液种能产生紫杉醇和其他紫杉烷类 化合物。
至今已在短叶紫杉、喜马拉雅红豆衫、
小单孢菌能产生独特化学结构的生物活性物质
能产生独特化学结构的生物活性物质。近年来从小单 孢菌中发现了引人注目的结构新颖的烯二炔类抗肿瘤 抗生素calicheamicinγ1（结构如图所示），由棘孢 小单孢菌Ｍ.echinosporaspcalichensis所产生，与 肿瘤细胞作用时,分子中烯二炔部分起“分子核弹头” 作用，三巯基部分起“扳机”作用，寡糖部分起“识 别”作用，能选择性地结合并切除ＤＮＡ双链中的特 定片段，如ＴＣＣＴ、ＴＣＴＣ和ＴＴＴＴ。



(4) 已经知道大多数生物活性化合物的产生是菌株特异的， 而不是分类学上种属特异的。因此，可以直接培养分离到 的菌株以取得新生物活性化合物，而无须先进行菌株分类。 (5) 要成功地发现新的生物活性物质，用于分离微生物菌 株的样品的采集是一个重要环节。近来，样品采集的设计 已为发现新生物活性化合物作出了重大贡献。最近，已实 现通过肉眼观察，采集深海海底的样品。
源自文库
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
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促进宿主植物的生长 增强宿主植物的抗逆性 产生具有生理活性的代谢产物
欧洲红豆衫、南方红豆衫、云南红豆衫、 落羽衫、榧树中分离到了许多种能产生 紫杉醇的内生真菌和放线菌。其中内生 真菌微孢拟盘多毛孢的紫杉醇产量已初 步显示出其商业潜力。
3）植物黄酮类物质
植物中的一些黄酮类物质，如香豆素，异 香豆素等，具有综合的抗癌活性，在分离自 加 拿 大 Cirsium arvense 的 一 个 内 生 真 菌 Mycelia sterila的发酵液提取物中发现了新 的异香豆素。从中国南海红树嫩叶分离出来 的内生真菌No.2533，其发酵液提取物分离出 2种新的异香豆素类化合物enalin A和B，均 具有抗癌活性。
植物内生菌的生境特殊性决定了其既有 理论研究的广度和深度，又有多方面 的应用潜力，是个潜力巨大，尚待开 发的微生物新资源。
第四节 从海洋微生物中筛选微生物新药
一、研究背景和现状
二、海洋微生物的生活习性及其多样性
三、海洋微生物活性成分的研究及药物
的开发 四、海洋微生物药物研究展望
一、研究背景和现状
Epothilons的化学结构
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，首先要将 内生菌从植物中有效地分离出来，然后应用分离色 谱层析等生物分析方法从内生菌培养物滤液中分离 并鉴定出令人感兴趣的生物活性物质，如：紫杉醇、 cryptocin、oocyclin、isopestacin、 pseudomycin和ambuic acid等。我们主要阐述了 植物内生菌分离的一般规则和其生物活性代谢产物 的最新研究，以期大家对植物内生菌的重要性有更 深刻的认识。
二，微生物次生代谢产物生理活性多样性
生理活性物质： 抗微生物、抗肿瘤、抗病毒、其它药理活性物质 交互作用： 拮抗、协同、调节、介导或其它任何生物学、生 理学活性
三，微生物次生代谢产物结构的多样性

到目前为止，90%以上的具有生理活性的已知微生 物次级代谢产物的化学结构已经得以阐明；大约有 40%左右的活性物质已经通过化学合成的方法得到
对于一种植物而言，从中可分离到的内生 真菌和细菌通常为数种至数十种，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 现分离自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
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
刺盘孢属内生菌Colletotrichum gloeosporicoides 产生的Colletotric acid
OMe OH O O
O HO OH O
OH
抗微生物活性
2.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。
Calicheamicinγ1的化学结构
小单孢菌能产生独特化学结构的生物活性物质

碳黑小单孢菌Ｍ.carbonacea产生强效的抗耐甲氧西林金黄色 葡萄球菌（MRSA）的寡糖类抗生素ziracin(如下图所示)。 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MIC为0.032～0.125 μg/ｍL，对青霉 素Ｇ耐药菌的MIC为0.125～8μg/ｍL，对万古霉素敏感和耐 药菌的MIC为0.45～2μg/ｍL。ED50为2.5 ｍg/kg。静注剂量 1ｍｇ/kg的血浓度为10μｇ/ｍL。虽已进入Ⅲ期临床试验， 但没有获得FDA批准。除产生抗生素外，小单孢菌还产生许 多非抗生素的生物活性物质。
actinomycetes)即 为除链霉菌属外的其它属的放线菌。
稀有放线菌是产生微生物 新药的重要源泉
到1974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2000种抗生素中的95%）。 但在随后6年的报导中，由放线菌产生的仅占25%。 事实证明，稀有放线菌是发现新抗生素的极好来源， 且它们产生各种不同抗生素的能力不亚于链霉菌属。 同样，细菌和霉菌也仍是产生新的生理活性物质的 源泉，特别是近年来从霉菌的代谢产物中发现新的 生理活性物质的数目正在不断增加。
4）生物碱类
从来源于传统药用植物雷公藤的内生 真菌Rhinocladiella sp. 中发现了三种新 生物碱，实验结果表明它们对多种人 肿瘤细胞有很强的抑制作用
六、前景
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从各个层次上深入探讨内生菌－寄主之间的 相互作用，将有助于了解内生菌的生物学本 质以及未知生态学作用 从传统药用植物以及一下特殊环境中植物的 内生菌代谢产物中寻找新型活性物质，将继 续是内生菌研究的主流 分子生物学手段将在内生菌研究的各个方面 发挥重要作用