海洋微生物资源的应用进展研究

郝亚南

(河北科技大学生物科学与工程学院,河北 石家庄 050018)

1 引言

海洋中蕴藏着巨大的微生物资源。据估计,海洋微生物数量可达0.1～2.0亿种。迄今为止,人类发现的微生物大约有150万种,除了7.2万种存在于陆地外,其余都存在于海洋之中,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%。如此可见海洋微生物资源尚有待开发。

2 海洋微生物在医药学方面的应用

2.1 抗肿瘤生物活性物质研究

癌症,一直威胁着人类的健康,抗癌药物的研究已成为世界人民关注的焦点。科学家预言,最有前途的抗癌药物将来自海洋。从海洋细菌、放线菌、丝状真菌中都能提取到具有抗癌作用的生物活性物质。如来自海洋污泥的芽孢杆菌(PhM 2PhD2090)发酵液中分离到新isocoumarin化合PM294128(8),能抑制DNA及蛋白质合成,对多种肿瘤细胞均具有明显的细胞毒性。杜希萍等对福建海域的7株海洋真菌(4株红树真菌和3株海藻共附生真菌)的次级代谢产物进行了研究,从其发酵产物中分离鉴定了61个化合物,对其中部化合物的生物活性进行了检测,发现新化合物 D23、D28、B3和已知化合物B1的抗肿瘤活性很强,并且B1和B3在一定浓度下能诱导Hela细胞发生显著凋亡,具有潜在的应用前景。

2.2 抗氧化生物活性物质研究

近年来,随着海洋生物研究的深入开发和研究技术的提高,不断从海洋生物中发现一些具有抗氧化活性的化合物。海洋生物抗氧化物质可通过各种途径清除内源性和外源性自由基,具有抗氧化作用强、种类多、结构复杂、副作用低等特点。这些抗氧化活性物质主要是通过清除自由基或阻断自由基产生或将已经形成的自由基逆转为原来的生物大分子而体现活性。采用化学发光法对81株分离自深海沉积物的真菌和93株红树林的内生真菌进行抗氧化活性物质的筛选,结果表明：供测菌株中有7株深海真菌和1株红树林内生真菌对于活性氧具有抑制作用,这也许是海洋真菌,为适应有氧的培养环境,对抗氧化损伤而采取的一种自我保护途径,海洋真菌具有生产新型抗氧化活性物质的潜力,值得进一步研究。

2.3 抗细菌抗病毒活性物质的研究

首先在抗菌抗病毒类药物的开发和应用方面,它是陆栖微生物药物研究开发的延续和扩展。海洋细菌、放线菌、真菌、海洋藻类中都能提取到抗菌抗病毒的活性物质。Burkholder等从海洋含溴假单胞菌(Pseudomonas bromoutilis)中分离到抗生素硝吡咯菌素pyrolnitrin,掀开了海洋微生物活性物质研究的序幕,随后有多种海洋微生物所产生的抗生素被发现。2009年E.Dilipde Silva从新泽西海域分离的真菌Penicillium sp.的代谢产物中分离到化合物PF 1140和Akanthomyc in,前者对枯草杆菌和白色念球菌有抗性,后者对金黄色葡萄球菌具有活性。Custalson等从海洋细菌中分离得到的大环内酯类化合物具有抗病毒、抗肿瘤及细胞毒性。

2.4 抗心脑血管疾病等方面活性物质的研究

现已证明,β290063可以显著抑制人类和大鼠的内皮素转化酶,这种抑制剂可能用于高血压和血管病的防治。以DHA和EPA为代表的高不饱和脂肪酸(PUFA)具有抗血栓、降血脂和舒张血管等功能,海洋微生物富含高不饱和脂肪酸的主要是微藻中的金藻、甲藻、隐藻和硅藻,以及真菌中的破囊壶菌和裂殖壶菌。利用微生物生产DHA在国内还是一个崭新的领域,国外有数家公司已经进行了工业化生产,如美国的Martek公司利用Cryp thecodinium异养培养生产DHA,产量达到1.2 g/(L od-1),藻体生物量达到40 g/L的高密度。现在人们正致力于研究与DHA合成有关的代谢。克隆相关的酶的基因,然后转入易培养的微生物,来获得大量DHA。同时,不断改进微生物的培养方式,增加单位体积的数量,才能使利用微生物大规模生产DHA真正得以实现。

2.5 抗炎活性物质的研究

炎症介质参与了许多疾病的发病过程,目前,临床应用较为广泛的抗炎药物主要为非甾体类抗炎药物。然而非甾体类抗炎药物由于抑制COX-1的合成,具有胃肠道毒性。所以寻找副作用少的抗炎药物显得尤为重要。中国学者从圣地亚哥附近海域采集的细菌中分离得到3个新的具有生物活性的代谢物cyclomarinA,B,C,其均为环七肽类化合物。体内体外实验显示,cyclomarin A具有显著的抗炎活性,在佛波脂(PMA)诱导的大鼠耳部水肿测定实验中,以标准测试剂量50mg/ear,cyclomarin A对水肿有92%的抑制性,相同方法下,cyclomarin A显示有较强的体内活性(以30mg/kg为给药剂量,腹腔内注射,对水肿有45%的抑制性)显示cyclomarins具有潜在的抗炎药物应用前景。中科院上海有机所的研究人员对cyclomarin C进行了合成的研究。目前已经进入临床前研究阶段。

3 海洋微生物在环境污染与治理方面的应用

3.1 海洋微生物在治理赤潮方面的应用

韩国科学家于1996年首次在海洋中发现可以用来治理赤潮的微生物,并在国际学术会议上将它命名为哈赫拉,对其基因组测序分析后发现,它能产生可清除赤潮的灵菌红素。将灵菌红素撒在赤潮中,只需要1/109的浓度,1h后就能导致赤潮的浮游生物大部分杀死。目前,对于赤潮灾害生物修复的研究主要包括2个方面：在赤潮藻藻体及其爆发的海区分离能够抑制其生长的微生物,分离抑藻物质,阐明其抑藻机理;克隆微生物中与抑藻物质相关的基因,通过基因工程构建海洋抑藻工程菌,进行大量生产。

3.2 海洋微生物在治理石油污染中的应用

近年来,随着海上油运及海洋石油开采的发展,溢油事故频频发生.石油污染已成为一个世界性的污染问题。采用海洋微生物修不但能有效的清除海洋石油污染,而且费用低,最重要的是不会影响海洋环境中原有的生物多样性。实验表明,A-11-3对烷烃的降解范围较宽,能以C8～ C36的烷烃为唯一碳源和能源生长;在7d内该菌对柴油的降解率达到49.5%。

3.3 海洋微生物在降解有机磷农药方面的应用

甲胺磷(methamidophos,MAP),化学名称为O,S-二甲基硫代磷酰胺,是一种高效、内吸、触杀、低残留、广谱性有机磷杀虫剂,施用于农田中的杀虫剂,仅有1%作用于靶标,30%残留于植物,其余的则进入土壤和包括浅层地下水在内的江河湖海等水系,大量未经吸收利用的农药随降雨等地表径流进入海洋水体中,造成近岸海水有机磷污染。金等从被有机磷污染的海水样中分离,经过以有机磷为唯一碳源的反复驯化,分离筛选出一株高效降解甲胺磷的菌株M-1,并对其降解能力进行了测试,实验结果表明菌株M-1属于腊样芽胞杆菌。菌株M-1最适生长温度和p H 分别为25℃°和8.0,并得出结论海洋微生物在甲胺磷污染的海水养殖区自净中起着重要的作用。对M-1产生的有机磷降解酶进行分离纯化及酶学性质研究,补充现有的有机磷降解微生物的种子库,为海洋微生物有机磷降解酶的进一步研究应用奠定了基础。

3.4 海洋微生物在天然水合物勘察与识别以及在油气勘查中的应用

精细的海洋微生物识别技术对于海洋天然气水合物复杂的成藏系统有着非常重要的作用。从2009年在德国召开的IODP大会INVEST会议白皮书可知,海洋深部生物圈的研究仍将是未来新国际大洋钻探计划中的一个重要研究领域。其中有一个重要的方面涉及水合物与微生物研究,即微生物在天然气水合物形成和分布及其分解和成矿乃至气候变化等方面的作用。微生物与天然气水合物的主要关系表现在两个方面：提供生物成因来源气体;对水合物或甲烷进行分解。

3.5 海洋微生物在源生物农药方面的应用

现代农业发展与人类健康、生态环境保护和农业可持续发展紧密联系,而高效生物农药的研究则成为新型农药研究的热点。随着陆生生物资源的减少,人们开始把目光转向海洋生物系统。国内外关于从海洋微生物代谢产物中分理处活性物质的报道越来越多。其中许多海洋生物代谢产物具有杀灭害虫、除杂草、抗农林业病原菌等多种作用,可用于生物农药的开发。

3.6 海洋微生物在其它方面的应用

水养殖、食品、饲料、医药、洗涤清洁剂,化妆海洋微生物的代谢产物活性肽和蛋白在海品,纺织等众多领域,也有及其重要的作用。例如开发海洋抗菌肽,不仅可以提高水产养殖生物的抗病能力,而且有望使抗菌肽替代抗生素作为一种无毒副、无残留、无致细菌耐药性的环保型制剂,从而推动绿色养殖业的发展。海洋生物活性酶作为海洋细菌的代谢产物,在食品,饲料,医药,洗涤清洁剂,化妆品等行业有着广泛的应用前景。

[1]郑明刚,刘 峰,王 玲,等.海洋微生物资源的开发与应用研究[J].海洋开发与管理,2010,27(9)：161～162.

[2]刘春亮,焦吉祥.抗肿瘤海洋生物的研究进展[J].安徽医药,2009,13(10)：37～ 38.