海洋放线菌及其生物活性的研究

唐婧媛 薛永常

放线菌（actinomycetes）是一类具有分枝状菌丝体的高（G+C）%/mol的革兰氏阳性菌，因早期发现其类群的菌落呈放射状而得名。放线菌广泛存在于不同的自然生态环境中，种类繁多、代谢功能各异，其特有形态和生物学特性是研究生物形态发育和分化的良好材料；许多放线菌能产生生物活性物质，是一类具有广泛实际用途和巨大经济价值的微生物资源[1]。

目前分离得到的放线菌绝大多数来源于土壤，陆生放线菌产生的抗生素占天然来源抗生素的70%以上。但陆生放线菌中能分离出的先导化合物数量毕竟有限，近20年来人们把目光投向了海洋[2]。海洋占地表面积的71%，海洋生物物种比陆地生物丰富和复杂，生活环境比陆地生物迥异，因此，具有一些特殊的结构和功能，以维持其生命活动。海洋放线菌因其生活的高盐、高压、低温与低营养等特殊环境而产生其独特的代谢方式，这既确保了在极端环境中生存，也提供了产生抗生素的潜力。海洋放线菌是新药开发和天然活性产物的重要来源,海洋放线菌的生物多样性是代谢产物功能多样性的基础,因此，研究可培养放线菌的生物多样性具有重要的意义。

1 海洋放线菌的多样性

海洋环境特殊多样，赋予海洋中的放线菌种类繁多，常见的包括诺卡菌属 (Nocardia)、链霉菌属(Streptomycetes)、小单孢菌属(Micromonospora)、放线菌属(Actinoplanetes)等[3]。据报道可分离到的海洋放线菌近乎分布于海洋各个角落，包括海水、海泥、海底沉积物、海洋动植物等。Han等（2003）从东海Amursky海湾的海水中分离得到3株海洋放线菌，其中一株经鉴定属于新分离的一个属，Salinibacterium属，具有耐盐的作用[4]。赵心清[5]从大连小平岛地区海面下10～20 m处海参饲养区附近的海泥样品中分离出5株海洋放线菌,5 株放线菌(S097、S187、S233、S239、L180)分别与 Streptomyces argenteolus CGMCC 4.1693、S.flavofuscus NRRL B-8036、S.variabilis NRRL B-3984T、S.1itmocidini NRRL B-3635 和 S.sulphureus NRRL B-1627T显示出最高的序列同源性(99%)，这是这些菌种首次在大连地区的海泥样品中得到分离。Magarvey等（2004）[6]用一种独特的选择性培养方法从新几内亚的所罗门海海底沉积物中分离到了2种新的放线菌,它们都属于Micromonosporaceae属,并且对多种病原菌、肿瘤细胞和牛痘病毒的复制都具有抑制作用。张海涛等[7]在大连海域的黄海繁茂海绵中分离到了7属106株海洋放线菌,包括链霉菌属 (Streptomyces)、诺卡氏菌属(Nocardia)、拟诺卡氏菌属(Nocardiopsis)、红球菌属(Rhodococcus)、小单胞菌属(Micromonospora)、假诺卡氏菌属(Pseudonocardia)和异壁放线菌属(Actinoalloteichus)。Ginger从Bahamas群岛的海底沉积物和动物身上提取到3株海洋放线菌，经鉴定都属于热带Salinispora属，随后用低盐度的培养基培养，这3株放线菌仍然长势良好，说明Salinispora属的放线菌不只在海水中培养也可在低盐的环境中成长[8]。Hak从海水中分离得到一株海洋放线菌CNQ-140,属于新属Marinispora，并且发现它具有两个新的大环内酯结构[9]。以上可以看出，大部分海洋放线菌的分离是来自于海泥，而深海沉积物、海水和一些极端环境条件下分离得到放线菌也鲜有报道，充分说明了海洋放线菌分布的广泛性与多样性，而其中一些具有特殊结构功能和生物活性特质的放线菌，也引起了人们深入研究的广泛兴趣。随着分离技术的不断发展与进步，一些极端海洋放线菌的分离培养也将逐步实现，这对探索和研究海洋放线菌的多样性提供了帮助。

2 海洋放线菌的生物活性物质

在海洋环境中，放线菌是一类研究较少的微生物，许多种属能产生多种生物活性物质。近年来，从海洋放线菌中分离得到了许多结构新颖且具有不同生物活性的化合物。已报道的生物活性主要包括抗菌、抗病毒、抗肿瘤、免疫抑制、酶及酶抑制、维生素、毒素等，其中又以抗肿瘤活性为之中的一个热点和重点。

2.1 海洋放线菌抗肿瘤活性物质

江红等（2007）[10]从海洋碳样小单胞菌中分离得到2个化合物FW63511和FW63512，分别与异黄酮大豆黄素和染料木素同质，它们具有免疫抑制和抗肿瘤活性。2009年[11]又从福建东海海滩的样品中分离到一株海洋来源的放线菌FIM02-523，在筛选抗肿瘤抗生素过程中发现，其发酵液提取物抗生素Rakicidins具有抗肿瘤活性，能特异性抑制乏氧肿瘤细胞的生长。Charan等[12]从一株海洋小单胞菌中分离得到一种生物碱类化合物Diazepinomicin，体外试验显示出了极强的细胞毒活性，并对小鼠体内神经胶质瘤、乳腺瘤及前列腺瘤细胞有杀伤作用。此化合物目前已经进入临床试验阶段。Streptomycesaureoverticillatus NPS001583是来自于海底沉积物的链霉菌,它能代谢产生一种22个原子的大环内酰胺Aureoverticillactam，Aureoverticillactam对多种肿瘤细胞有细胞毒性[13]。袁献温[14]从连云港海域采集所得的海泥样品中分离出放线菌ACMA006，该菌发酵液对人宫颈癌细胞、肝癌细胞、大肠癌细胞以及小鼠骨髓瘤细胞等20多种肿瘤细胞具有很强的细胞毒性。赵文英等从青岛胶州湾分离出1株海洋放线菌Streptomyces sp.3275，从中分离到7个化合物，其中，环二肽类化合物环(脯氨酸-酪氨酸)，环(脯氨酸-甘氨酸)，环(脯氨酸-亮氨酸)对温敏性小鼠乳腺癌细胞tsFT120显示弱的增殖抑制活性[15]。Kosinostatin从海洋小单胞菌属 Micromonospora sp.TPA0468的培养液中分离得到的一类醌环类抗生素。其对人的骨髓性白细胞U937细胞有明显的细胞毒性[16]。曾伟等从海洋放线菌N350的脂溶性发酵产物中纯化并鉴定了4个化合物,分别为反式-13-二十二碳单烯酰胺、7,4-二羟基异黄酮、6-甲氧基-7,4-二羟基异黄酮及β-胡萝卜甙,其中,前3种物质具有抗肿瘤活性,抑制人口腔上皮癌KB细胞生长的D50分别为 15、811、512 μg/cm3, 抑制人白血病细胞 HL-60 生长的 D50分别为 7、218、119 μg/cm3。这些化合物均首次在海洋放线菌中得到分离[17-18]。以上文献显示，海洋放线菌抗肿瘤活性物质的开发和利用具有相当大的潜力，尤其在从陆生放线菌中开发抗肿瘤新药日益枯竭的今天，海洋放线菌特有的天然产物应用于临床医疗将会有非常广阔的前景。这也将带动海洋放线菌抗肿瘤活性物质的研究和开发以更快的速度发展。

2.2 海洋放线菌抗菌活性物质

邵彦坡等从山东威海浅海海域分离得到的一株放线菌，经初步鉴定为链霉菌属(Streptomyces)。其发酵液对15种病原真菌进行室内杀菌活性生物测试，结果表明，菌株发酵液对13种供试真菌的菌丝抑制率均在80%以上，其发酵液对3种病原细菌进行室内杀菌活性生物测试，结果表明，菌株发酵液对3种供试细菌的抑菌圈直径均在15 mm以上[19]。方丽萍从渤海海水中分离得到的1株放线菌，以13种病原真菌和3种病原细菌为供试菌，测定菌株发酵产物的抗菌活性，结果表明，菌株发酵液对13种供试病原真菌的菌丝生长抑制率在80%以上的占到76.92%，对3种供试病原细菌的抑菌圈直径达到18 mm以上[20]。刘姝等从连云港海域潮间采集的样品中筛选得到1株产广谱、高活性抗菌物质的放线菌GB-2。该菌对藤黄微球菌、蜡样芽孢杆菌、金黄色葡萄球菌等5种革兰氏阳性菌，大肠杆菌、荧光假单胞菌等4种革兰氏阴性菌及扩展青霉、黄曲霉、点青霉、犁头霉、番茄灰霉、小麦赤霉病菌、香蕉炭疽病菌、棉花枯萎病菌、稻瘟病菌等18种真菌有显著拮抗作用[21]。Kokare在印度的Alibag海岸的海底沉积物中分离出了一株有耐盐性的放线菌AH1，经鉴定为Actinopolyspora属，这株放线菌对金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌和曲霉属真菌等都具有很强的抑菌活性[22-23]。Hughes在加拿大La Jolla海岸附近的深海沉积物中分离得到一株可培养放线菌CNQ-418，经16S rRNA基因测序分析属于一种新的链霉菌属，它的代谢产物具有抑菌作用，可抑制耐青霉素的金黄色葡萄球菌[24]。海洋放线菌产生的天然抑菌活性物质，有些抗菌活性非常显著，甚至强于某些经典的抗生素，值得进一步研究和开发。如果能够利用成本低廉的原料和适当的条件进行发酵，会对工业化生产非常有利。

2.3 产生酶的抑制剂

海洋放线菌还能够产生多种酶的抑制剂。Romero等（1997）从印度洋靠近莫桑比克海岸的软珊瑚上分离得到的一株小单孢菌Micromonospora sp.产生一种具有显著抗肿瘤活性的缩酚酸肽（Depsipeptide）Thiocoraline，它最主要的机理在于抑制DNA聚合酶、RNA聚合酶和色氨酸合成酶的活性[25]。Imada等（2005）在从不同地点采集的海洋沉积物中分离得到了多株能产生酶抑制剂的放线菌，包括β-葡萄糖苷酶抑制剂、N-乙酰-β-D-氨基葡萄糖苷酶抑制剂、焦谷氨酰肽酶抑制剂和淀粉酶抑制剂[26]。目前，酶抑制剂在疾病治疗，新药开发以及农业和畜牧业中具有广泛的应用。海洋放线菌所具有的特殊酶抑制效果也势必会成为酶抑制剂产业的一个重要组成部分。

综上所述，海洋放线菌所具有的生物活性物质和其新颖独特的化合物结构，让人们看到了海洋放线菌产生新型次级代谢产物的巨大潜力。分离和纯化海洋放线菌，提取生物活性广泛的新化合物，为新抗生素的发现提供宝贵的先导化合物资源。

3 展望

目前对海洋放线菌的筛选和培养仍然存在技术上的一些问题，还有很大一部分的海洋放线菌未能培养出来，所以对于海洋放线菌的研究还有巨大的进步空间。通过生物技术方法对海洋放线菌进行生态研究，进而探索出最优的分离方法，对我们进一步认识和利用海洋放线菌是一次有益的尝试。

海洋放线菌是海洋药物和活性天然物质产物的重要的新来源，而我国又是海洋微生物资源十分丰富的大国，进一步发展我国对海洋放线菌的探索是十分必要的。海洋放线菌的丰富多样，是一类比其他微生物更为丰富的生物活性物质资源，是具有广泛实际用途和巨大经济价值的微生物资源。

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