放线菌：一种高G+C含量的革兰氏阳性细菌

基内菌丝有横隔， 能断裂成杆状和 球状孢子
孢子单个着生 于短梗顶端
链霉菌属
孢囊链霉菌属
诺卡氏菌属
小单孢菌属
3 放线菌亚目
• 这个亚目多数属为外形不 规则，不产芽孢，好氧或 兼性的革兰氏阳性杆菌 （11个属为厌氧）。包括 放线菌属，隐秘杆菌属， 动弯杆菌属等。
图1 内氏放线菌（×1000）
• 放线菌属的细菌为直或微 弯的杆菌，形状变化很大 有真正分支的纤细菌丝。 （见左图）放线菌属为兼 性或严格厌氧，生长良好 时需要CO2。
图2 放线菌属扫描电镜照片 （×18 000）
• 多为致病菌，无气生菌丝，基内菌丝无隔 膜，不断裂 • 放线菌属的各个种一般在人类和其他温血 动物的粘膜表面生活，口腔就是个很好的 环境。牛放线菌(A.bovis)导致牛的放线菌 颈肿病，放线菌属是人类放线菌病，眼睛 感染和周期性疾病的病因。其中最重要的 人类致病菌是衣氏放线菌(A.israelii)
瑞士乳酪
含有丙酸杆菌发 酵产生的CO2空 洞
困难与希望共存的丙酸发酵
8 链霉菌亚目
• 本目有1个科3个属，其中 最重要的是链霉菌属。链霉 菌属是一个大属，有大约 500个种。严格好氧，Ⅰ型 细胞壁。它们的气生菌丝在 一个平面上分支，形成350或更多的不能运动的分 生孢子短链，其孢子表面有 光滑的，多刺的，及多疣的。 • 链霉菌对生态和医药都很重 要。在矿化作用中起着很重 要的作用。链霉菌最著名的 特征是它们能合成各种抗生 素，其中一些被用于医药和 生物学研究，如两性霉素B， 氯霉素，红霉素，新霉素， 制霉菌素，链霉素，四环素 等。
2、 放线菌的一般特征
• 放线菌是一种原核生物，以菌落呈放射状 而得名。 • 分布：在自然界分布很广，主要习居于土 壤之中，每克土壤中含数万乃至数百万个 放线菌孢子。中性、偏碱性的土壤和有机 质丰富的土壤中较多。土壤特有的泥腥味 主要由放线菌的代 谢产物引起的。
● 结构： 基内菌丝—长在medium内，吸收营养 气生菌丝—向medium上空伸展 孢子丝 —气生菌丝分枝部分，分化的具有形成孢子作用
Part 17: 放线菌和相关生物 （Actinomycetes and related organisms)
一种高G+C含量的G+细菌
• 弗兰克氏菌产生不能 运动的孢囊孢子。它 们与高等植物如赤杨 共生。
本章纲要
• 1 放线菌的一般定义
• • • • • • • • •
2 放线菌的一般特征 3 放线菌亚目 4 微球菌亚目 5 棒杆菌亚目 6 小单孢菌亚目 7 链霉菌亚目 8 链孢囊菌亚目 9 弗兰克氏菌亚目 10 放线菌目的其他亚目
HCONH2
HCOOH + NH3
酰胺水解酶
污水处理
CH2=CH-CN
丙烯腈
CH2=CH –CONH2
丙烯酰胺
CH2=CH –COOH
丙烯酸
生物催化生产烟酰胺、羟基乙酸和(S)-2,2-二 甲基环丙烷甲酰胺的工艺路线
面向重要精细化学品和功能手性化合物的大规模生产，通过路线变更，建立了节 能、减排、降耗的新型工艺路线，基础研究向应用研究有效延伸
的繁殖菌丝，放线菌的孢子常具有色素，呈
白、灰等颜色，是分类的重要特征之一
分生孢子链
琼脂表面
• 放线菌的分支菌丝在固体基质的内部和表面都会 生长，形成菌丝体。好氧的菌丝体末端会产生分 生孢子，孢子的外形一般相差很大。孢子不耐高 温，但可以耐干旱，这是放线菌的一种适应方式。 • 绝大多数的放线菌不能运动。少数能通过鞭毛孢 子实现运动。 • 不同放线菌的细胞壁组成差别非常大，可作为分 类标准。可以把放线菌的细胞壁分成4大类（表 3.1）其中第Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ型放线菌的细胞抽提物 分别含有特征糖，可用于分类（表3.2）。
节杆菌属 杆菌-球菌生长循环
图a 培养6h球菌长出杆菌 图c 24h后的细菌
图b 12h后的杆菌 图d 3天后达到稳定期的细胞
5 棒杆菌亚目
• 本目最重要的3个属为 棒杆菌属，分支杆菌 属和诺卡氏菌属。 • 棒杆菌属包括好氧或 兼性，过氧化氢酶阳 性，直或微弯的杆菌， 末端常尖。成团或成 串存在（图1）。 • 分支杆菌属为微弯或 直的杆菌，有时分支 或形成菌丝（图2）。
2. 抗菌谱测定 供试菌： a. 枯草杆菌（G+Rod） b. 金黄色葡萄球菌（G+Cocci） E.coli（G-肠道细菌） c. 白色念珠菌（代表酵母型）
d. 分枝杆菌（代表结核杆菌）
e. 青霉、曲霉（丝状真菌）
① 琼脂块测定法：培养后的放线菌，用打孔器切成一定体积的琼脂块，
移到供试菌（刚接种）平皿上，观察抑菌圈。
7 丙酸杆菌亚目 （Propionibacterineae)
• 多形的不能运动杆菌，常为一端尖，一端 圆的棒状。细胞可为球形或分支。兼性厌 氧或好氧，利用乳酸盐和糖产生大量丙酸 和二氧化碳。在动物的皮肤和消化道，乳 制品如乳酪中生长有丙酸杆菌属 （Propionbacterium）细菌，它们对瑞士 乳酪的生产很有意义。
7. 链霉菌科 Streptomycetaceae
8. 小单孢菌科 Micromonospora
链霉菌属 Streptomyces
常用放线菌的简捷分类
放线菌
具有良好菌丝体 有分枝，无横隔， 不断裂
一般无气生菌丝
无气生菌丝，基 内菌丝无横隔， 不断裂
孢子丝多样， 直波、曲、 螺旋，呈现 多种颜色
孢子丝盘卷形 成孢囊，内有 孢囊孢子
图1 白喉棒杆菌
图2 麻风分支杆菌 耐酸性染色
• Nocardia ： 基内菌丝内有隔膜，并可断 裂成杆状或球杆状。一般无气生菌丝，以 横隔分裂方式形成孢子。产利福霉素，庆 大霉素，可用于石油脱蜡、 烃类发酵等。 • 能降解许多分子，如石油烃，清洁剂，苯， 多氯化联二苯，以及许多杀虫剂。
KCN
腈水合酶
1、 放线菌的一般定义
• 放线菌（antinomycetes）是一类呈 菌丝状生长、主要以孢子繁殖和陆生 性强的原核生物。
• 从医疗的角度看，放线菌非常重要……当它 们降解橡胶产品，在航空燃料中生长，产生有臭 味的物质污染水源，在污水灌溉的植物上生长， 形成厚厚的泡沫时，它们可能很讨厌。但另一方 面，它们又是大多数抗生素的生产者。 ——H.A.Lechevalier & M.P.Lechevalier
CN Nitrile hydratase N N CONH2

建成年产2000吨装置； 腈水合酶活力高，达1000万单位每毫升发酵液； 转化率高，99%以上； 产物分离提取简便，产品纯度99.8%以上。
Nitrilase HO CN HO COOH

率先实现羟基乙酸的生物法生产； 建成年产150吨工业装置； 腈水解酶活力达到10万单位以上； 转化率高，99%以上；
培养基： 高氏一号 可溶性淀粉 2% K2HPO4 0.05% NaCl 0.05% KNO3 0.1% MgSO4.7H2O 0.05% FeSO4 0.001%
pH 7.2～7.0
① 插片法观察
倒平板 10-12 ml，插片，将灭菌的盖玻片以45o角度 插入培养基内，插入深度为1/2-1/3 ② 盖片法观察
放线菌孢子的扫描电镜照片实例
图1形成孢子的糖多孢 菌属菌丝
图2鼠毛上的囊轴发 仙菌孢子囊
图3玫瑰小双孢菌菌丝 上成对孢子
图4棘孢小单孢菌
图5多毛的链霉菌孢子链
图6世田北里孢菌的产气孢子
N-乙酰胞壁酸
N-葡萄糖胺
革 兰 氏 阳 性 菌 细 胞 壁
L-Ala
D-Glu
DL-DAP D-Ala
肽聚糖的相互交联
Nitrile hydratase CN O R-amidase NH2 O
NH2
+
OH O
腈水合酶/酰胺酶双菌双酶耦联法生产 西司他丁关键中间体2,2-二甲基环丙甲酰胺
一株腈水合酶生产菌诺卡氏菌培养过程中 的镜检照片
×6150倍
发育初期有明显的分枝菌丝，13h后开始断裂，20h后 呈大小整齐的短杆状，呈链条堆状排列，48h菌体大小 为 1.14 × 1.76μm. 在营养琼脂平板上，菌落隆起，无气生菌丝，呈不规 则圆形，表面光滑，有光泽，呈粉红色至桔红色。
6 小单孢菌亚目
• 它们的菌丝往往有各 种颜色，能产生不同 的色素。它们没有气 生菌丝或气生菌丝不 发达。菌丝末端生长 出孢子囊，分生孢子 在孢子囊内形成。孢 子有能运动的，也有 不能运动的。小单孢 菌属可以产生抗生素 如庆大霉素。
图1 成熟的游动放线菌孢子 囊的扫描电镜照片
小单孢菌科（Micromonosporaceae）是放线菌目的1科。
可与肽桥或其他四 肽链中的DAP相连
表1 放线菌细胞壁类型
细胞壁 类型 Ⅰ 二氨基庚二 酸异构体 L，L 肽桥上的 甘氨酸 + 特征糖 无 代表属 类诺卡氏菌属， 链霉菌属 游动放线菌属， 小单孢菌属等 弗兰克菌属等
Ⅱ Ⅲ Ⅳ
内消旋 内消旋 内消旋
+ -
无 无
阿拉伯糖， 诺卡氏菌属等 半乳糖
表2 放线菌全细胞糖模式类型
——切槽，去培养基，盖上玻片，培养后翻身观察
接种：将菌种接种在盖玻片与琼脂相边沿线，放置 之28℃培养6-15天 观察：培养后菌丝体生长在培养基及盖玻片上，小 心用摄子将盖玻片取出，擦去较差一面的菌丝体，放 在载玻片上（菌丝体覆盖在载玻片上），于显微镜观
作用：
1) 产抗生素（4000种以上） 2) 胞外酶，如：蛋白酶、葡糖异构酶（游动 放线菌） 3) 甾体转化，环保，氰化物降解
生物学特征：基内菌丝形成单个孢子。通常无气生菌丝。 小单孢菌属：基因菌丝发育良好，形成致密小菌落，直径约3 毫米；菌丝纤细，直径0.2～0.8微米，无鞘,有分枝，不断裂； 一般无气生菌丝；孢子单个生在基内菌丝上，时常在基丝表 面形成褐黑色孢子层，孢子表面光滑、粗糙或有突起;菌落黄 橙或橙红,也有的为绛红、褐色或绿蓝等色；细胞壁化学组分 Ⅱ型，即以内消旋二氨基庚二酸和甘氨酸为特征性组份，有 时还有少量左旋或羟基二氨基庚二酸；含有阿拉伯糖和木糖； DNA中的G+C克分子含量为71.4～72.8％。 本属菌喜潮湿，常见于湖、河的水和泥中，能够分解一 些不易分解的有机质，如纤维素、几丁质、木聚糖等。产生 多种抗生素，特别是氨基糖苷类，如对绿脓杆菌有特效的庆 大霉素等。代表种为青铜小单孢菌。 放线单孢菌属：基内菌丝上的长柄顶端形成单个大孢子，直 径2.5～3.0微米，无气生菌丝。至今只记述葡萄牙放线多孢 菌1种。
② 滤纸片法 （或杯碟法）：将滤纸片浸入受试发酵液中，直接放入平板
或牛浸小杯，观察抑菌圈。
放线菌的分类
1. 放线菌科 Actinomyces 2. 分枝杆菌科 Mycobacteriaceao 3. 弗兰克氏菌 Frankiaceae 4. 游动放线菌科 Actinoplanaceae 5. 嗜皮菌科 Dermatophilaceae 6. 诺卡氏菌科 Nocardiaceae 诺卡氏菌 Nocardia 假诺卡氏菌 Pseudonocardia 属 3. 双歧杆菌 Bifidobacterium 分枝杆菌属 Mycobacterium
4 微球菌亚目
• 微球菌亚目有10个科和许多属， 最著名的是微球菌属、节杆菌 属和嗜皮菌属。 • 微球菌属包括好氧的，过氧化 氢酶阳性的球菌，主要以成对， 四体或不规则簇状存在。多不 能运动（见左图）。 • 节杆菌属包括好氧的，过氧化 氢酶阳性，营呼吸代谢的杆菌， 肽聚糖中含赖氨酸，它最特别 之处是杆菌-球菌的生长循环 （图例）。 • 嗜皮菌属形成有簇生鞭毛的孢 子的孢子囊，兼性厌氧，可寄 生于哺乳动物。
糖模式 类型
A B
特征糖
代表属
阿拉伯糖，半乳糖 诺卡氏菌属，红球菌属，糖单孢菌 属 马杜拉糖 马杜拉放线菌属，链孢囊菌属，嗜 皮菌属
C
D
无
阿拉伯糖，木糖
高温单孢菌属，束丝放线菌属，地 嗜皮菌属
小单孢菌属，游动放线菌属
●菌落特征介于细菌与霉菌之间，放线菌的气生菌 丝较细，生长缓慢，菌丝分枝交错缠绕，故菌落质 地致密。菌丝长在培养基内，不易挑起。 放线菌形态特征的初步观察
图1 微球菌属。藤黄微球菌 甲基蓝染色（×1000）
Leabharlann Baidu
• 节杆菌（Arthrobacter）处于对数生长 期呈不规则、分支的杆状，通过断裂繁殖。 进入稳定期后，细胞变为球状。转移到新 鲜培养基后，球状又形成有活力的杆状细 胞。 • 它们能耐受贫瘠和干旱的环境，对营养的 要求很灵活，甚至能降解一些杀虫剂和除 草剂，对复杂的有机分子的矿化也很重要。