极地放线菌次级代谢产物及药理活性研究进展CSCD

极地微生物处在南北极严峻、极端的自然环境下,体内的一些“沉默基因”可能会被激活,形成了独特的生存机制和生物合成途径,能够产生化学结构多样、活性显著的次级代谢产物。近年来,从极地放线菌中分离鉴定出一系列结构新颖、活性突出的次级代谢产物。本文综述了1999至2021年间的极地放线菌次级代谢产物及药理活性的研究进展,将极地放线菌来源的104个次级代谢产物按肽类、生物碱类、萜类、大环内酯类、聚酮类、大环内酰胺类等化学类别,着重介绍结构新颖和活性突出的次级代谢产物,为进一步开发利用极地放线菌、研发创新药物提供参考。     

拟孢囊菌属放线菌的研究进展

拟孢囊菌属(Kibdelosporangium)是一个经典的丝状放线菌类群。自Shearer等于1986年建立该属以来,不断有新的菌株从不同生境中被纯培养分离得到,目前已有效发表8个种、2个亚种。拟孢囊菌属作为稀有放线菌属,是获得新型抗生素类次生代谢产物的重要资源。本文结合我们分离到的一株该属菌株的功能研究、基因组分析和相关文献资料,系统综述了拟孢囊菌属放线菌的建立、分类学特征、属内种的分布、活性次级代谢产物的发现以及其他功能应用和开发前景,以期为该属其他新分离菌株的分类鉴定、新颖次级代谢产物的发现、功能基因资源的挖掘与开发提供借鉴。     

专性海洋放线菌盐孢菌的研究进展

盐孢菌属(Salinispora)作为首个被报道的专性海洋放线菌,主要分布于热带和亚热带海洋沉积环境中,在海绵、海鞘中也有发现。与其他大多数放线菌一样,盐孢菌属的菌株可以产生大量具有抗细菌、抗病毒、抗肿瘤细胞活性、结构新颖的次级代谢产物且表现出物种特异性。全基因组序列分析显示,盐孢菌属菌株基因组中超过10%的基因序列与次级代谢产物合成相关,但绝大多数生物合成基因簇编码的产物未被发现,表明盐孢菌属还存在巨大的生物合成潜能,有待深入发掘。目前新的培养方法、测序技术及生物信息学、基因组发掘技术、合成生物学技术的发展对提升盐孢菌属菌株新型药物的生产潜力发挥重要作用。本文对盐孢菌属的物种多样性、系统分类与化合物发现等方面的研究进行了系统综述。     

海洋放线菌盐孢菌属研究进展

1991年,Jensen等从热带及亚热带海洋样品中分离获得了放线菌目专性海洋放线菌类群MAR1。根据形态学特征、生理生化特征及16S rRNA基因分析,提议该类群为新属——盐孢菌属(Salinospora)。2005年,盐孢菌属被正式报道,并将Salinospora更正为Salinispora。盐孢菌属是放线菌目第一个被报道的专性海洋微生物属,可以产生丰富的活性次级代谢产物,使盐孢菌属成为海洋微生物研究的热点。短短几年内,相继报道了许多研究成果。本文从盐孢菌属的建立过程、属及所含种的分类特征、生理生态学研究、次级代谢产物和分子生物学研究等方面对盐孢菌属的研究进展进行综述。     

湛江高桥红树林沉积物放线菌多样性及其中一株链霉菌产生的germicidins类化合物的鉴定

【目的】从3种红树林植物根际沉积物中分离和鉴定放线菌,进行抑菌活性初筛获得目标菌株并研究其次级代谢产物。【方法】使用5种培养基对红树林植物根际沉积物放线菌进行分离,采用16S rRNA基因序列比对的方法研究沉积物中的放线菌多样性,结合抑菌活性筛选获得目标菌株后进行放大规模发酵和分离鉴定次级代谢产物,根据生物合成基因簇定位和分析对化合物的生物合成途径进行推导。【结果】从3种红树林植物根际沉积物中分离得到放线菌49株,包括链霉菌属(Streptomyces)31株、小单孢菌属(Micromonospora)14株、小双孢菌属(Microbispora)、链孢子囊菌属(Streptosporangium)、野野村氏菌属(Nonomuraea)和糖单孢菌属(Saccharomonospora)各1株。获得粗浸膏抑菌活性较好的菌株Streptomyces sp. SCSIO 40067,从中分离鉴定了6个α-吡喃酮类化合物：germicidin A–C、germicidin I和isogermicidin A–B,并首次报道了germicidin A的晶体结构。从菌株SCSIO 40067基因组...     

卡伍尔氏链霉菌NA4的Ⅱ型聚酮基因簇的靶向激活及其产物鉴定

【目的】以基因组信息为导向,定向激活海洋来源卡伍尔氏链霉菌（Streptomyces cavourensis） NA4中沉默的Ⅱ型聚酮类次级代谢产物生物合成基因簇,鉴定新产生的次级代谢产物的结构和抑菌活性。【方法】通过添加启动子和敲除负调控基因的方法激活实验室培养条件下沉默或低表达的生物合成基因簇,并完成目标化合物的分离与纯化,通过电喷雾质谱（electrospray ionization-mass spectrometry,ESI-MS）和核磁共振（nuclear magnetic resonance,NMR）数据分析鉴定目标化合物结构,对目标化合物进行抑菌活性鉴定,基于生物信息学信息推导化合物的生物合成途径。【结果】根据基因组生物信息学分析,从海洋来源链霉菌Streptomyces cavourensis NA4中选取一个编码PKSⅡ型次级代谢产物的生物合成基因簇开展研究,成功激活目标基因簇,从中分离到1个PKSⅡ型化合物,推导了其生物合成途径并进行了抑菌活性鉴定。【结论】基因组导向下的天然产物挖掘,可以目标明确地分离产物,充分挖掘链霉菌编码次级代谢产物的潜力。     

大连海域海洋放线菌多样性及分类鉴定初探

海洋孕育着丰富的微生物资源,其中海洋放线菌能够产生各种次级代谢产物及生理活性物质,对海洋放线菌的研究具有重要的实际意义。实验对筛选自大连海域的30株放线菌进行了形态及生理生化鉴定、16S rDNA序列的分析及系统发育树构建,结果表明分离到的海洋放线菌中13株分属于放线菌目链霉菌不同种或亚种,说明大连海域的海洋放线菌具有一定的多样性。     

百部内生放线菌的分离、分类及次级代谢潜力

【目的】以对叶百部块根为材料分离内生放线菌,并对分离菌株进行分类、抗菌活性和次级代谢产物合成基因研究。【方法】样品经过严格的表面消毒,选用4种培养基分离百部内生放线菌;分离菌株通过形态观察和16S rRNA序列分析进行分类鉴定;采用琼脂移块法测试分离菌株的抗菌活性;通过PCR检测分离菌株的PKS/NPRS和卤化酶基因;使用HPLC-UV/VIS-ESI-MS/MS分析发酵产物。【结果】从6个样品中获得18株内生放线菌,分属链霉菌属(Streptomyces)、小单孢菌属(Micromonospora)、假诺卡氏菌属(Pseudonocardia)和甲基杆菌属(Methylobacterium)。分离菌株绝大部分具有抗菌活性和次级代谢产物合成基因,其中13株对耐药金黄色葡萄球菌和/或绿脓杆菌有拮抗活性,17株具有PKS/NRPS基因,8株菌具有卤化酶基因,且卤化酶阳性代表菌株的发酵产物具有抗细菌活性和卤代化合物特征。【结论】百部作为一种传统中药,其内生放线菌以链霉菌和小单孢菌为主,在次级代谢产物合成方面具有很好的潜力,可作为一类重要微生物资源进行活性产物开发。     

红树林放线菌研究进展

红树林是生长在热带和亚热带海岸潮间带的一种独特植物群落,构成陆地与海洋间的过渡,具有水分高、盐分高、耐缺氧等特征的特殊生态系统及很高的生物多样性,是筛选和发现放线菌新物种和药用生物活性次级代谢产物的宝贵资源。在物种鉴定方面,放线菌分类学是目前红树林放线菌物种鉴定的重要手段。本文综述了红树林放线菌物种鉴定主要方法、红树林放线菌生态环境和物种分布特征、生物学活性及其次级代谢产物等,并展望了该领域研究与发展的重要问题与趋势。     

放线菌核糖体工程的发展与应用

核糖体工程(ribosome engineering)是一项利用靶点位于细菌RNA聚合酶及核糖体功能因子的抗生素诱导细菌产生抗性突变,进而提升菌株次级代谢生产潜能的技术。该方法无需依赖菌株完善的遗传操作体系,可应用于发掘几乎所有放线菌菌株中潜在的宝贵活性次级代谢产物,并广泛应用于放线菌基因组挖掘和次级代谢产物增产优化。核糖体工程效果显著,迄今为止,已从百余种放线菌菌株中发掘了10余种新结构分子和提升近30种活性次级代谢产物的生产效价。鉴于此,文中从核糖体工程的发展角度出发,对该技术的建立与优化,及其作用机制的阐明进行了系统的归纳与总结;同时也全面分析探讨了该技术在放线菌次级代谢产物开发中的推广应用,以期为核糖体工程的发展完善及放线菌次级代谢产物的综合开发提供借鉴与参考。     

Discovery of novel metabolites from marine actinomycetes

Recent findings from culture-dependent and culture-independent methods have demonstrated that indigenous marine actinomycetes exist in the oceans and are widely distributed in different marine ecosystems. There is tremendous diversity and novelty among the marine actinomycetes present in marine environments. Progress has been made to isolate novel actinomycetes from samples collected at different marine environments and habitats. These marine actinomycetes produce different types of new secondary metabolites. Many of these metabolites possess biological activities and have the potential to be developed as therapeutic agents. Marine actinomycetes are a prolific but underexploited source for the discovery of novel secondary metabolites.     

Marine actinomycetes as an emerging resource for the drug development pipelines

Many representatives of the order Actinomycetales are prolific producers of thousands of biologically active secondary metabolites. Actinomycetes from terrestrial sources have been studied and screened since the 1950s, yielding many important anti-infective and anti-cancer drugs. However, frequent re-discovery of the same compounds in terrestrial actinomycetes have made them less attractive for screening programs in the recent years. At the same time, actinomycetes isolated from the marine environment currently receive considerable attention due to the structural diversity and unique biological activities of their secondary metabolites. This review highlights achievements and challenges in the isolation of marine actinomycetes, some examples of bioactive metabolites identified by conventional screening, and presents new developments in the field of genome mining and heterologous expression of biosynthetic gene clusters leading to the discovery of novel compounds.     

海洋放线菌的研究现状及未来展望

【背景】放线菌具有丰富的遗传和功能多样性,其次级代谢产物活性广泛,在临床医疗、农业生产和污染防治等领域都发挥着重要的作用。海洋放线菌由于其特殊的代谢途径,能产生独特的活性天然产物而受到广泛关注。【目的】探究国内外海洋放线菌领域研究的热点和趋势,为后续研究提供参考。【方法】以“marine actinomycetes or marine actinobacteria”为关键词,在Web of Science中检索海洋放线菌领域的文章进行计量分析,使用VOSviewer软件对其关键词、国家、机构、作者、发表时间进行可视化分析。【结果】海洋放线菌领域的文章发表数量总体呈逐年上升趋势,主要集中在微生物学及药学领域,中美两国在论文数量和引用频次上远超其他国家,海洋放线菌领域的研究集中在菌株的分离鉴定、活性天然产物挖掘以及生物信息学等方面。【结论】海洋放线菌在全球范围内愈发受到重视,国内外机构应当加强合作,运用生物信息学技术进一步挖掘活性次级代谢产物,推动海洋放线菌领域进一步发展。     

海洋放线菌研究的新进展

海洋放线菌由于其独特的代谢途径和合成新颖抗生素的能力,已经广泛引起人们的关注。本文就海洋放线菌在海洋环境中的分布、医药领域的应用及其相关研究方法进行了综述。     

Isolation strategies of marine-derived actinomycetes from sponge and sediment samples

During the last two decades, discoveries of new members of actinomycetes and novel metabolites from marine environments have drawn attention to such environments, such as sediment and sponge. For the successful isolation of actinomycetes from marine environments, many factors including the use of enrichment and pre-treatment techniques, and the selection of growth media and antibiotic supplements should be taken into account. High-throughput cultivation is an innovative technique that mimics nature, eliminates undesired, fast-growing bacteria and creates suitable conditions for rare, slow-growing actinomycetes. This review comprehensively evaluates the traditional and innovative techniques and strategies used for the isolation of actinomycetes from marine sponge and sediment samples.     

可培养海洋放线菌生物多样性的研究进展

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。综述了近年来可培养的海洋放线菌生物多样性的研究进展,尤其是海绵共附生放线菌、深海放线菌和海洋固有放线菌的研究进展,对可培养的海洋放线菌的分离培养方法,包括样品处理、培养基的选择等进行了重点介绍,并对未培养海洋放线菌的分离培养进行了探讨,强调了建立区域性海洋放线菌菌种及基因资源库的重要性。     

Phylogenetic characterization of culturable actinomycetes associated with the mucus of the coral Acropora digitifera from Gulf of Mannar

The marine environment is a virtually untapped source of novel actinomycete diversity and its metabolites. Investigating the diversity of actinomycetes in other marine macroorganisms, like seaweeds and sponges, have resulted in isolation of novel bioactive metabolites. Actinomycetes diversity associated with corals and their produced metabolites have not yet been explored. Hence, in this study we attempted to characterize the culturable actinomycetes population associated with the coral Acropora digitifera. Actinomycetes were isolated from the mucus of the coral wherein the actinomycetes count was much higher when compared with the surrounding seawater and sediment. Actinobacteria-specific 16S rRNA gene primers were used for identifying the isolates at the molecular level in addition to biochemical tests. Amplified ribosomal DNA restriction analysis using three restriction enzymes revealed several polymorphic groups within the isolates. Sequencing and blast analysis of the isolates revealed that some isolates had only 96.7% similarity with its nearest match in GenBank indicating that they may be novel isolates at the species level. The isolated actinomycetes exhibited good antibacterial activity against various human pathogens. This study offers for the first time a prelude about the unexplored culturable actinomycetes diversity associated with a scleractinian coral and their bioactive capabilities.     

Systematic and biotechnological aspects of halophilic and halotolerant actinomycetes

More than 70 species of halotolerant and halophilic actinomycetes belonging to at least 24 genera have been validly described. Halophilic actinomycetes are a less explored source of actinomycetes for discovery of novel bioactive secondary metabolites. Degradation of aliphatic and aromatic organic compounds, detoxification of pollutants, production of new enzymes and other metabolites such as antibiotics, compatible solutes and polymers are other potential industrial applications of halophilic and halotolerant actinomycetes. Especially new bioactive secondary metabolites that are derived from only a small fraction of the investigated halophilic actinomycetes, mainly from marine habitats, have revealed the huge capacity of this physiological group in production of new bioactive chemical entities. Combined high metabolic capacities of actinomycetes and unique features related to extremophilic nature of the halophilic actinomycetes have conferred on them an influential role for future biotechnological applications.     

白蚁共生放线菌研究进展

白蚁与微生物的共生关系是目前较受关注的研究热点,其肠道及巢内的共生微生物在降解木质纤维素的过程中扮演着重要的角色。放线菌是这些共生微生物中的重要一类,广泛存在于肠道、蚁巢及其周围土壤中,目前已探明共生放线菌在参与白蚁碳氮循环及保护巢群免受外来病菌侵染等方面发挥着极大的作用。近年来,人们利用分子生物学技术鉴定了部分共生放线菌的类群,发现了许多具应用前景的新放线菌及相关酶和代谢产物。因此,研究与白蚁相关的放线菌不仅有助于人们了解白蚁共生菌群落间的互作及其与宿主间的关系,而且对人类开发自然资源也有较大的帮助。本文对白蚁共生放线菌的研究进展作一综述,供同行参考。