海洋微生物

第一章绪论

一、海洋微生物的定义

海洋微生物（marine microbe）以海洋水体为正常栖居环境的一切微生物。

自八十年代起海洋生物技术蓬勃发展，“向海洋要药物”是新世纪海洋生物技术提出的口号。海洋微生物的研究起步较晚，但在最近几年也受到了普遍重视。

二、海洋环境的特征

(1) 海洋占地球表面积的71% —资源丰富；(2) 海洋平均深度：4000m ——高压，低温

(3) 主要离子：Na+，Cl-，Ca2+，K+，SO42- ——高盐

(4) 营养匮乏（N，P，Fe）——稀营养

1 . 远海环境

（1）栖居着浮游（自由泳动）微生物（2）地球上最大的环境（3）一般有大空间规模的环境变化（温度、光度等）

2 . 深海环境

（1）沉积物表面（2）提供了附加的表面积（3）提供小生境的多样性，使得有小空间规模的环境变化

3 . 海洋雪(marine snow)

（1）海洋雪定义：生存或死亡的有机体被黏多糖（微生物和浮游植物分泌的胞外产物）粘在一起形成的大的聚集体。

（2）海洋雪的形成

①黏多糖形成纤丝②纤丝凝结形成透明结构③透明结构不断碰撞形成更大的颗粒，即海洋雪。

（3）海洋雪的特点

①海洋雪的产量随光合作用强度和洋流季节性地波动，春天更大一些。② 80%的初级生产者分泌黏多糖③海洋雪的沉降速率是16-25m/d，沉降过程中颗粒不断增加。④提供养料给深海生物。

三、海洋生物的特征

（1）多样性（2）复杂性（3）特殊性

四、陆栖微生物的研究拥有辉煌的历史

微生物活性代谢物是药物的丰富源泉：

自19世纪60年代首先从微生物中发现了青霉素以来，人们陆续从陆栖微生物中寻找到抗生素类药物、化疗药阿霉素、免疫抑制药环孢霉素A等120多种重要的临床使用药物。

五、陆栖微生物研究陷入了困境

（1）陆栖微生物中发现新代谢产物的速率明显降低，重复发现率极高。（2）传染性病菌对传统抗生素的抗药性正在迅速发展。目前，约12种重要的病菌已有抗药性，寻找活性物质新源成为当务之急。

六、海洋无脊椎动物研究面临的问题

二十多年以来，海洋天然产物的研究主要致力于海洋无脊椎动物的代谢物。海洋无脊椎动物的研究不可避免这样一个现实：（1）从海洋无脊椎动物里获取大量可靠的、最重要的是可更新的资源非常困难

（2）从海洋无脊椎动物获得的化合物结构复杂，无法进行有商业价值的化学合成

七、海洋微生物是寻找生物活性物质的丰富源泉

势优1：海洋微生物大多为陆栖微生物的变种，可以利用现有的许多商业化发酵工艺进行分离和培养，这使海洋微生物成一种可控制的资源，避免了海洋无脊椎动物研究中的资源问题。

优势2：生存环境的的特异性，使海洋微生物在物种、基因组成和生态功能上表现出多样性和特异性，相应产生一些特殊的活性代谢物质。因此从海洋微生物中发现新化合物的概率将比陆栖微生物要大的多。

优势3：

海洋微生物研究技术取得重大突破：

（1）分离培养技术：采用稀释培养法使分离率大大提高

（2）采用新的分子生物学技术进行鉴定，利用基因（16SrRNA)法解决分类学的难题。

八、海洋微生物的重要意义

1.海洋微生物中发现了有重要价值的代谢产物

⑴从海洋细菌中分离到含溴量高达70％的抗生素。

⑵从海洋放线菌分离到罕见的含硼化合物（aplasmonhodide)抗菌素，能抑制革兰氏阳性菌。

如：头孢菌素C，大环交脂，生物碱等

2.海洋动物中的活性物质的真正来源是海洋微生物

如：河豚毒素、海葵毒素等

研究培养繁殖这些微生物，能够大量提取珍贵的活性物质。

3.海洋微生物研究有益于海产养殖业的发展

如：虾卵的表面细菌能够产生保护虾卵的3－吲跺啉二酮；

者哩鱼身上表面发现一种放线菌streptomyces sp ，产生两种奇特的肽类，能选择性抗革兰阳性菌。

4.海洋微生物能产很多新的生化产品

如：热稳定的耐盐的酶，细菌视紫红质以及生物塑料等。此外，也可利用海洋微生物处理海洋环境污染。

九、海洋微生物的最新研究动态

1 . 海底捞“金”

2004年4月，美国的塞莱拉(Celera)遗传信息公司对外宣称，他们在百慕大群岛附近的马尾藻海中，发现了1800多种新的海洋微生物，以及121万余种科学界所从未见过的新基因。这一发现被《科学》杂志评选为2004年科学十大突破之一。

(1)海底捞“金”瞄准海洋微生物

不依赖于传统的培养技术，直接从样品中提取DNA（基因16S rRNA法）

(3)海底捞“金”的基因资源全部“充公”

文特尔宣布，所有新发现的基因组序列都将成为公共领域资料，这是对公有数据库是一个大大的补充，而文特尔本人的目标是“为地球所有微生物的基因组编写家谱”。

2 . 海洋微生物拥有的最完美基因

美国科学家最近研究发现，一种被称为Pelagibacter ubique的海洋微生物拥有地球上所有生物中最完美的基因。这种微生物的基因组由1354个基因组成，如此小的数量只有最原始的微生物才拥有。我们可以比较一下：人的基因组由约30000个基因组成。然而，不同与其它发达生物体的是，科学家们在这种微生物体内没有发现任何一个闲置的和重复的基因。

3 . 国内动态

国家海洋局第三海洋研究所的海洋生物遗传资源重点实验室科研人员，从近200株海洋微生物中筛选得到3株具有一定抗艾滋病毒活性菌株。经中国医学科学院医药生物技术研究所体外抗HIV－1型病毒的测试确定，从它们的发酵液中分离得到的粗提物，能抑制HIV－1病毒引起的CEM细胞融合特征性病变和病毒在CEM细胞内的复制。

4. 微生物活性物质筛选的新途径—宏基因组克隆

直接提取特定环境中的总DNA，克隆到可培养的宿主细胞中，从所获得的重组克隆子中筛选活性物质和相关基因，显示了其在挖掘和利用那些未能培养微生物的基因资源筛选新生物活性的潜在能力。