具有海洋微生物药物特色的实践教学探究

周丽曼 朱俊向 孔凡栋 邱子言 王聪

摘要： 海洋微生物是新型药物活性化合物发现的重要源泉。广西北部湾地处热带和亚热带，地理位置特殊，能够产生具有独特功效的次生代谢产物。目前对广西北部湾微生物资源来源的化学分子研究甚少，针对该资源丰富但尚待开发的领域进行研究，发展蓝色经济，创造海上广西，具有非常重要的意义。对海洋微生物药物进行实践探究，具有典型的海洋特色，充分利用当地资源，擦亮广西新名片。

关键词：海洋微生物;实践探究;海洋微生物药物

海洋来源的微生物由于受到独特环境的影响，在其进化的过程中逐渐产生了独特的生理结构与代谢系统，通过微生物自身代谢产生积累了许多具有独特生物活性与化学结构的次生代谢产物[1]。广西北部湾海洋微生物资源丰富，具有发现新活性化合物的巨大潜力[2]。目前对于海洋微生物的研究也只停留在菌株鉴定等生物学方面研究，并没有对化学成分进行深入研究[2]。我们课题组通过以“实践与教学结合”为特色，组织学生进行毕业设计等相关实验，逐渐形成了以下教学探究模式：

一、实践教学探究

通过海洋微生物药物化学的实践教学模块，学生可以掌握海洋微生物次级代谢产物的成分研究以及初步作用机制。

二、具体实践教学方案

2.1 充分利用当地资源

广西海岸线绵长，我们应该充分利用本地的海洋资源，从中分离获得更多的海洋土著微生物。

2.2 化合物的分离与鉴定

对菌株的发酵浸膏进行活性测试，通过活性追踪寻找目标化合物。采用通过核磁、质谱、X-ray等方法确定化合物的结构。

2.3 化合物活性评价与作用机制初探

对分离得到的化合物进行活性测试，例如抗糖尿病活性，PTP1B是应用最经典的靶点蛋白之一，PTP1B抑制剂作为潜在的药物靶点，引起了众多国内外药物学家的关注。很有必要发现结构新颖、选择性好的天然PTPlB抑制剂，为新一代抗糖尿病药物研发提供分子模板。

三、实践教学特点

3.1 海洋特色

现在广西高度重视海洋资源开发和应用，我们应该把握住这个大好机会，充分利用本地资源，把开发海洋微生物资源作为重要的战略方向， 是一项挖掘海洋药物先导化合物的大事业。

3.2 创新性

对广西海洋微生物的次级代谢产物进行化合物的分离和化合物作用机制的研究，很有创新性，我们课题组前期对其进行了研究，效果显著。

四、实践教学探究结果

4.1 化合物活性机制初步探讨

我们课题组前期对抗PTP1B活性的大环内酯类化合物oxohygrolidin进行了研究，通过靶点垂钓的方法，发现该化合物可抑制PKC、PTP1B、COX2、HMGCoA。为了进一步探索化合物oxohygrolidin对PTP1B的抑制机制，将oxohygrolidin与PTP1B催化位点及变构位点进行分子对接。Oxohygrolidin（ID：101421469）从Pubchem数据库（https：//pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/）下载，PTP1B（PDB：1T49）从RCSB数据库（https：//www.rcsb.org/）下载，均通过AutoDockTools生成PDBQT格式文件。通过AutoDock Vina来进行分子对接，分别以催化位点残基Cys215和变构位点残基Phe280为中心设定对接区域，对接盒子大小为20 × 20 × 20 Å3。对接构象的搜索数量设为20，结果按对接能从低到高排序。结果表明，Oxohygrolidin在PTP1B催化位点的对接能为−7.0 kcal/mol，主要与残基Gly183、Gln262和Gln266形成氢键;而在变构位点的对接能为−7.3 kcal/mol，说明化合物Oxohygrolidin优先结合在PTP1B的变构位点，此时与残基Asn193和Arg199存在氢键相互作用（图1）。

4.2 学生能力提高

经过实践教学探究，我们课题组的学生在大学生项目比赛中取得了优异的成绩。指导两名学生荣获广西民族大学第八届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛一等奖和三等奖。指导学生完成两项国家级大学生创新创业计划项目，指导两名学生荣获省级优秀毕业论文。通过文献调研，提高了学生检索文献和写作能力，文章发表在SCI和核心期刊等杂志上[3-5]。

4.3 教学实践基础丰富

本课题组前期主持省级教改项目1项，主持完成校级教改项目1项，参与校级教改项目1项，发表相关教学研究成果[6-10]。

五、结语

以广西北部湾来源的海洋微生物为研究对象，通过教学实践探究，学生不仅掌握了海洋微生物药物的前沿知识，也掌握了实验操作技术，同时也锻炼了学生文献检索和写作能力。

参考文献：

[1] Liman Zhou， Fandong Kong， Qingyi Xie， Qingyun Ma， Zhong Hu， Youxing Zhao， Duqiang Luo. Divergolides T-W with apoptosis-Inducing activity from the mangrove-derived actinomycete Streptomyces sp. KFD18[J]. Marine Drugs， 2019， 17（4）： 219.

[2] 王聪，邱子言，雷福厚，谭学才， 姜明国， 李浩， 李小燕. 海洋放线菌Streptomyces sp. MDW-06中1个新的聚酮类化合物[J]，中国中药杂志. 2019， 44（10）： 2090～2095.

[3] Cong Wang， Siyan Tang， and Shugeng Cao. Antimicrobial compounds from marine fungi[J]. Phytochemistry Reviews， 2021， 20， 85～117.

[4] Cong Wang， Yuanyu Lu， and Shugeng Cao. Antimicrobial compounds from marine actinomycetes[J]. Archives of Pharmacal Research. 2020， 43： 677～704.

[5] Cong Wang， Weisheng Du， Huanyun Lu， Jianzhou Lan， Kailin Liang， Shugeng Cao. A Review： Halogenated compounds from marine actinomycetes [J]. Molecules. 2021， 26（9）： 2754.

[6] 王聰. 基于B-Learing的《药物分析》教学模式改革研究[J]. 智库时代，2019， 198： 164～165.

[7] 王聪. 药物分析教学改革心得. 广州化工[J]，2019， 47（13）： 211～213.

[8] 王聪，许海棠，吴爱群. 药物分析课程应用Seminar教学法的初步探索[J]. IT经理世界，2020， 4： 141～141.

[9] 王聪. 基于B-Learing的《药物分析》教学设计研究[J]. 文存阅刊，2020， 42： 101～101.

[10] 王聪，杜方凯. 留学生药物分析课程教学改革探索[J]. 产业与科技论坛，2021， 20（8）： 203～204.

广西民族大学化学化工学院

青岛农业大学食品科学与工程学院