纳米抗菌材料在真菌菌株选育中的应用

【摘要】在微生物活性次级代谢产物的研究中，总会面对大量不能代谢生成目标产物或代谢能力低下的菌株。我们在近年的研究中发现纳米抗菌材料应用于真菌菌株的选育时，可以对前述问题进行改善。本文简要归纳纳米抗菌材料的研究进展及其在菌株选育中的应用。

【关键词】纳米抗菌材料；微生物；真菌；菌株选育

微生物的代谢产物为人类的生产生活作出了巨大贡献。然而，从自然界直接分离得到的微生物菌株往往因代谢产物产量极其低下或者有许多潜在的沉默基因未被激活而不能满足实际应用的需要。目前基于分子水平或基因水平对微生物菌株进行的改造选育是研究的热点，然而一些新兴的简便育种方法（如：核糖体工程技术育种等）也日益显示其优势。纳米抗菌材料（纳米颗粒）运用于真菌菌株选育是本课题组近年来一直研究的重要课题。本文以简单纳米抗菌材料为对象，结合其可能的抗菌机制，为纳米抗菌材料在真菌菌株选育中的运用提供理论支撑。

由于真菌次生代谢产物合成通路调节方式的复杂性以及现阶段研究对真菌生理过程认识不足，还不能够做到理性地激活真菌细胞内的次级代谢产物合成，在不改变次生代谢产物表达载体的条件下，可尝试通过筛选次生代谢合成诱导物或诱变育种的方法来实现对其次级代谢功能的改造。不同纳米抗菌材料对真菌有一定的杀灭作用，并且其作用机制不同。我们注意到可作为化学诱变剂的材料（如碱基类似物、烷化剂、移码诱变剂等）主要是通过替代DNA中的正常碱基、对DNA中碱基的氧化等对微生物进行诱变。近年来研究的“核糖体工程技术”在菌株选育中的应用也主要是通过作用于核糖体的抗生素对菌株进行抗性筛选。鉴于此，我们在分析纳米抗菌材料抗菌机制的基础上，设计了基于纳米抗菌材料（具有抗菌作用的纳米颗粒）的菌株筛选方法。课题组在前期的研究中，从世界硒矿床所在地的湖北恩施渔塘坝采集的样品中分离得到了大量无活性菌株（即样品浓度在10mg/mL时依然对所选择的人肺癌细胞A549、白血病细胞K562的增值抑制活性小于5%），我们从中选取了菌株YTB-108并运用我们所设计的实验方法用具有抗菌作用的纳米颗粒进行了诱变，共得到突变株52株，样品浓度为100μg/mL時，经细胞活性筛选，18突变株对A549的增值抑制活性大于40%，21株突变株对K562细胞的增值活性大于40%。同时，我们还对从分离自硒矿床的微生物产生硒代蛋氨酸的能力进行了分析，目前正在运用具有抗菌作用的纳米颗粒对具有产硒代蛋氨酸能力（100μg/L）的菌株YTB-19进行诱变，以期能提高其产硒蛋白的能力。

我们的研究已证实纳米粒产生的活性氧自由基可以对微生物的次级代谢产生显著影响。其主要理论依据可能是由于我选用的是具有产活性氧自由基的抗菌纳米颗粒。活性氧自由基是指一类具有较强化学活性的氧或者含氧基团，生物体内的活性氧主要包括超氧阴离子、过氧化氢以及羟基自由基等。真菌细胞内产生的活性氧在真菌生长发育中扮演着重要角色，已有研究表明超氧阴离子与过氧化氢由于自身的相对稳定性，扩散半径相对较远，可以作为生物体内或体外的信号分子；而羟自由基具有较强的氧化能力，不稳定，能够对生物体内或体外的多糖、蛋白质、脂肪酸以及核酸造成不同程度的破坏，可引起细胞内或细胞外损伤，使细胞内DNA断裂，碱基缺失等。同时，纳米颗粒具有体积小、比表面积大和曲率大的特点，同等条件下暴露在外面的原子相对较多，纳米粒子表面产生不连续的晶面，导致结构缺陷增加并破坏原本的电子形态和电子属性，从而构成一个可以作为活性中心的特殊表面，产生活性氧自由基，并且纳米颗粒尺度较小，极易进入细胞。

抗菌纳米颗粒的抗菌机制较多，运用不同的抗菌纳米颗粒对微生物进行诱变筛选其作用机制是不一样的，相关的作用机制需要后续的大量研究来予以证实。

参考文献

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作者简介：刘磊（1981.09—），男，汉族，湖北宜昌人，学士，讲师，研究方向：学生思想政治教育工作。