新型angucycline/angucyclinone类天然产物的研究进展 (2010–2020)

Angucycline/angucyclinone类天然产物是Ⅱ型聚酮类化合物中一个庞大的家族,其产生菌广泛存在于自然界中。由于这类化合物具有丰富的生物活性和独特的化学结构,吸引了众多科学家的浓厚兴趣。随着合成生物学的发展和特殊环境来源放线菌资源的开发,不断有新骨架的angucycline/angucyclinone类天然产物被发现,极大地丰富了这一家族天然产物的结构多样性。本文对2010–2020年期间,利用改变培养条件、基因改造、基因组挖掘、活性导向、特殊环境来源放线菌培养等不同策略从放线菌中所发现的新型angucycline/angucyclinone类化合物进行综述,并对合成生物学方法在这类化合物的发现和开发中的作用进行了讨论。     

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。     

红树林链霉菌ZFSM1-146中抗菌活性物质的发现

【背景】红树林来源的放线菌蕴含着丰富的次级代谢产物资源,是挖掘小分子药物的重要来源。【目的】对红树林放线菌天然产物进行研究,分离和鉴定其中的抗菌活性化合物。【方法】采用稀释涂布平板法分离纯化红树林土壤中的放线菌,通过琼脂块法初筛和滤纸片法复筛获得具有抗菌活性的放线菌;基于16SrRNA基因序列分析和系统发育树构建确定目标放线菌种类;通过高效液相色谱法对目标放线菌的发酵产物进行分析,采用硅胶柱层析和高效液相色谱分离技术结合的活性追踪法纯化抗菌活性物质;经高分辨电喷雾电离质谱和核磁共振波谱技术鉴定抗菌活性物质的结构。【结果】从红树林土壤中筛选到一株抗菌活性较强的放线菌ZFSM1-146,16SrRNA基因序列及其基因片段构建的系统发育树分析初步确定其为抗生链霉菌(Streptomyces antibioticus);菌株ZFSM1-146可产生抗菌活性化合物1-3,化合物1-3经结构鉴定分别为放线菌素X_(Oβ)、X_2和D。经培养基初步优化,抗菌活性最强的放线菌素X2的产量约达到原来的2倍。【结论】从红树林土壤中筛选出一株可产生抗菌活性物质的抗生链霉菌ZFSM1-146,并鉴定出3个抗菌活性成分均为放线菌素类化合物,为后续进行放线菌素的产量优化和通过分子遗传手段进行结构改造提供了宝贵的菌种资源。     

链霉菌基因组岛和次生代谢物合成相关的生物信息学工具及数据库

随着DNA测序技术的进步, 迄今为止已有12个链霉菌基因组被测序。面对海量组学的数据, 急需采用生物信息学方法来大规模深度挖掘这些重要微生物资源, 进而实现链霉菌资源挖掘和代谢潜力释放的深度互动。围绕链霉菌基因组比较分析中菌株特有的基因组岛和次生代谢物生物合成基因簇的识别及功能解析等两个常见问题, 本文收集了近期开发的一些常用生物信息学工具和二级数据库。以链霉菌染色体核心区和两臂的划分、天蓝色链霉菌和变铅青链霉菌基因组岛的识别、卡特利链霉菌巨型质粒的鉴别为例, 简介了这些生物信息学资源的使用方法。此外, 还简述了我们课题组进行放线菌型整合性接合元件识别和开发硫肽生物合成基因簇预测新工具的一些尝试。生物信息学工具和二级数据库在链霉菌基因组比较分析中有重要作用, 可将研究重点迅速地聚焦在某株菌的可移动遗传元件和次生代谢物生成基因簇上, 确定其对应的菌株特有表型, 及解析新型化合物生物合成和调控机理。     

培菌昆虫相关放线菌的次级代谢产物研究进展

昆虫共生微生物是一种特殊的微生物资源,其中放线菌在昆虫肠道、体表和巢穴中广泛分布。近年来,人们从培菌昆虫来源的放线菌中分离得到多种新型化合物,可以选择性抑制菌圃的致病真菌,部分还对植物致病真菌、昆虫致病真菌、人类病原菌和癌细胞有抑制活性。因此,研究培菌昆虫相关微生物不仅有助于了解宿主与微生物的共生机制,还能发掘新的活性物质,用于生物农药、生物医药的开发。本文对培菌昆虫来源放线菌次级代谢产物的研究进展进行了综述。     

微生物农药资源挖掘技术研究进展

微生物农药因其环境相容性受到了广泛重视。作为微生物农药研究开发的最早的环节,微生物农药资源的挖掘显得尤为重要。本文从基于生物活性、农药活性化合物及功能基因三个方面对微生物农药资源的快速挖掘技术进行了综述。针对不同的微生物农药产品开发目标,将以上技术进行整合,可实现微生物农药资源的快速挖掘,为微生物农药产业的发展提供丰富的资源,为微生物农药产业的发展提供支撑。     

极端环境放线菌TRM45306的鉴定及次生代谢产物分析

嗜盐放线菌由于其独特的生理特性和代谢机制,可以产生结构新颖、活性迥异的次生代谢产物。本文以新疆罗布泊极端环境嗜盐放线菌TRM45306为研究对象,通过形态学观察、生物学特征和16S r DNA序列分析,确定TRM45306的分类地位;通过萃取、硅胶柱层析、凝胶柱层析等方法对发酵产物中次生代谢产物进行分离纯化,利用波谱学方法鉴定化合物结构。结果 TRM45306被鉴定为中度嗜盐性链霉菌,与菌株Streptomyces rochei NBRC 12908(T)相似度为100%;从发酵液中分离得到4个单体化合物,分别被鉴定为16α-甲基-11β,17α,21-三羟基-9α-氟孕甾-1,4-二烯-3,20-二酮-21-醋酸酯(45306-1)、谷甾醇-3-O-葡萄糖苷(45306-2)、Nb-乙酰色胺(45306-3)和N-丙酰色胺(45306-4)。此研究结果可为新疆嗜盐放线菌次生代谢产物的挖掘提供理论依据和技术支持,对新疆极端环境放线菌资源的开发具有重要意义。     

新方法新技术与新型抗生素发现

日趋严峻的细菌耐药性问题给“抗生素传奇时代”带来了严重威胁, 传统的抗菌药物开发手段已很难应对, 因此急需新思路来寻找新型抗生素。近年来, 一些新方法新技术如新型筛选模型的构建、基因组挖掘技术以及组合生物合成等给天然产物的筛选引发了革命性的变革, 也为放线菌来源的新型抗生素的发现带来了新的希望。本文将对这些新技术及其在新型抗生素研发中的应用进展进行阐述。     

西沙群岛海域海洋放线菌的分离及其抗菌活性

分离西沙群岛海域放线菌并研究其抗菌活性。采用干燥、辐射、冷冻及加热处理等11种样品预处理方式和10种培养基对海洋放线菌进行分离,对代表性菌株进行鉴定,并考察分离放线菌生长的海水依赖性。进一步以金黄色葡萄球菌、大肠埃希菌、啤酒酵母和扩展青霉为指示菌考察分离放线菌的抗菌活性。从西沙群岛海域样品中分离获得放线菌383株,其中专性海洋放线菌23株。选定93株代表菌株进行鉴定,93株菌隶属于9个科,11个属。不同培养基对分离放线菌菌株的数量及种类影响显著。6株放线菌对4种指示菌均有抑菌活性,其中4株为专性海洋放线菌,表明海洋环境具有丰富的放线菌资源,这些放线菌特别是专性海洋放线菌有望为新型抗菌物质的发现与开发提供菌种来源。     

雷公藤植物内生Micromonospora sp. M66生产的一组吲哚生物碱

【目的】研究稀有放线菌——雷公藤内生小单孢菌(Micromonospora sp.M66)的次级代谢产物,为微生物药物或农用生物制剂开发提供结构多样的化合物资源。【方法】利用薄层层析、正(反)相硅胶柱层析、凝胶层析、液相色谱等技术对M66菌株中次级代谢产物进行分离纯化,利用波谱技术对化合物进行结构鉴定。【结果】最终分离纯化了7个单体化合物,结合质谱与核磁技术对这7个化合物进行了结构解析和鉴定,它们属于一组吲哚生物碱。化合物2是重要的植物生长调节剂,化合物3对淋巴细胞性白血病细胞P388、枯草芽孢杆菌和酿酒酵母的增殖有抑制作用,化合物6对金黄色葡萄球菌有很好的抑制作用。【结论】化合物3-7首次从小单胞菌中鉴定出来,表明该小单孢菌具有较强的利用吲哚或色氨酸合成次级代谢产物的能力和挖掘生物碱类药物的潜力。     

海洋放线菌Marinactinospora thermotolerans的研究进展

海洋放线菌以产生多种活性天然产物而著称,其中部分结构新颖的活性化合物具有发展成为新药的巨大潜力,引起国内外相关领域研究人员的极大关注。同时,也促进了我国海洋放线菌研究工作的全面展开。本文系统综述了海洋放线菌新属种Marinactinospora thermotolerans的分类鉴定、新颖的次级代谢产物的发现及其生物合成机制以及该菌株的全基因组生物信息学分析等方面的最新研究进展,以期能为其他海洋放线菌新属种的分类鉴定、活性次级代谢产物的发现和生物合成机制研究提供借鉴作用。     

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.     

Renewed interests in the discovery of bioactive actinomycete metabolites driven by emerging technologies

Actinomycetes are prolific sources of bioactive molecules. Traditional workflows including bacterial isolation, fermentation, metabolite identification and structure elucidation have resulted in high rates of natural product rediscovery in recent years. Recent advancements in multi-omics techniques have uncovered cryptic gene clusters within the genomes of actinomycetes, potentially introducing vast resources for the investigation of bioactive molecules. While developments in culture techniques have allowed for the fermentation of difficult-to-culture actinomycetes, high-throughput metabolite screening has offered plenary tools to accelerate hits discovery. A variety of new bioactive molecules have been isolated from actinomycetes of unique environmental origins, such as endophytic and symbiotic actinomycetes. Synthetic biology and genome mining have also emerged as new frontiers for the discovery of bioactive molecules. This review covers the highlights of recent developments in actinomycete-derived natural product drug discovery.     

植物内生放线菌多样性研究进展

植物内生放线菌作为植物内生菌资源的一大类,具有丰富的多样性,其次级代谢产物也十分丰富,而且还具有各种生物学活性。通过了解植物内生放线菌资源的多样性,可以对其产生的生物活性物质进行筛选和分析,从而筛选出具有良好药理活性的物质应用于临床。从植物内生放线菌宿主植物、组织分布、种类和数量以及活性基因4个方面综述了植物内生放线菌的多样性资源,介绍植物内生放线菌新的微生物物种,总结了植物内生放线菌目前研究中存在的问题及展望。     

Marine actinomycetes: An ongoing source of novel bioactive metabolites

Actinomycetes are virtually unlimited sources of novel compounds with many therapeutic applications and hold a prominent position due to their diversity and proven ability to produce novel bioactive compounds. There are more than 22,000 known microbial secondary metabolites, 70% of which are produced by actinomycetes, 20% from fungi, 7% from Bacillus spp. and 1–2% by other bacteria. Among the actinomycetes, streptomycetes group are considered economically important because out of the approximately more than 10,000 known antibiotics, 50–55% are produced by this genus. The ecological role of actinomycetes in the marine ecosystem is largely neglected and various assumptions meant there was little incentive to isolate marine strains for search and discovery of new drugs. The search for and discovery of rare and new actinomycetes is of significant interest to drug discovery due to a growing need for the development of new and potent therapeutic agents. Modern molecular technologies are adding strength to the target-directed search for detection and isolation of bioactive actinomycetes, and continued development of improved cultivation methods and molecular technologies for accessing the marine environment promises to provide access to this significant new source of chemical diversity with novel/rare actinomycetes including new species of previously reported actinomycetes.     

放线菌来源活性天然产物发现研究进展

放线菌(Actinomycetes)是抗生素等活性天然产物的重要来源，在临床治疗病原菌感染等重大疾病方面发挥着重要作用。由于抗生素滥用等原因导致临床上出现的以耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(methicillin-resistant Staphylococcus aureus, MRSA)等为代表的耐药病菌的种类和数量急剧增加，对人类生存造成了重大威胁。结合现代生物技术进展，加大放线菌来源新抗生素的开发力度刻不容缓。本文对新时期放线菌来源抗生素的发现现状、基于生理操作和基因操作的放线菌来源天然产物挖掘的技术方法等进行综述，以期对放线菌来源活性天然产物的发现提供借鉴。     

Biosynthesis pathways for deoxysugars in antibiotic-producing actinomycetes: isolation, characterization and generation of novel glycosylated derivatives

Many bioactive natural products synthesized by actinomycetes are glycosylated compounds in which the appended sugars contribute to specific interactions with their biological target. Most of these sugars are 6-deoxyhexoses, of which more than 70 different forms have been identified, and an increasing number of gene clusters involved in 6-deoxyhexoses biosynthesis are being characterized from antibiotic-producing actinomycetes. Novel glycosylated compounds have been generated by modifying natural deoxysugar biosynthesis pathways in the producer organisms, and/or the simultaneous expression in these strains of selected deoxysugar biosynthesis genes from other strains. Non-producing strains endowed with the capacity to synthesize novel deoxysugars through the expression of engineered deoxysugar biosynthesis clusters can also be used as alternative hosts. Transfer of these deoxysugars to a multiplicity of aglycones relies upon the existence of glycosyltransferases with an inherent degree of 'relaxed substrate specificity'. In this review, we analyze how the knowledge coming out from isolation and characterization of deoxysugar biosynthesis pathways from actinomycetes is being used to produce novel glycosylated derivatives of natural products.     

美洲大蠊成虫肠道抗细菌共生放线菌的筛选及鉴定

【目的】鉴于野外美洲大蠊Periplaneta americana对恶劣环境适应性强,本研究旨在从云南省大理州的野外美洲大蠊成虫肠道中分离、筛选出抗细菌活性放线菌,为抗生素开发提供菌种资源。【方法】采用涂布平板法和平板划线法对美洲大蠊成虫肠道放线菌进行分离;以金黄色葡萄球菌Staphylococcus aureus、耐甲氧西林金黄色葡萄球菌、铜绿假单胞菌Pseudomonas aeruginosa、粪肠球菌Enterococcus faecalis、大肠杆菌Escherichia coli和鼠伤寒沙门氏菌Salmonella typhimurium共6种人体病原细菌为指示菌株,采用牛津杯法对分离自这些放线菌的次生代谢产物进行抗菌活性测定;通过形态学特征和16S rRNA基因序列分析,对具有广谱和明显抗菌活性的放线菌进行鉴定,并经16SrRNA基因序列的BlAST同源性比对及系统发育分析确定它们的分类地位。【结果】从美洲大蠊成虫肠道共分离获得41株放线菌。抗菌活性测定结果表明,34株(82.9%)放线菌对至少1种指示病原细菌具有抑制作用,其中有7株对3种以上病原细菌具有抑制作用,9株表现...     

盐碱环境放线菌多样性研究

放线菌因产生多种多样的生物活性物质而受到重视。但极端环境放线菌的研究甚少。采用DGGE、纯培养法,重点研究了新疆、青海及埃及的重盐碱环境的放线菌分布情况,种类组成,生物学特性。发现了1个新科,8个新属及30多个新种。从嗜(耐)盐碱放线菌筛选到许多带有PKS基因的菌株。认为极端环境放线菌是生物活性物质的重要来源;改进分离程序,分离未知放线菌,是放线菌多样性研究及开发利用的前提之一;并对极端环境放线菌研究作了论述。     

西沙石珊瑚共附生放线菌的分离培养及抗菌活性评价

【背景】珊瑚礁生态系统是海洋中一类极其重要的生态系统,健康珊瑚礁中丰富的共附生放线菌群体是珊瑚抵御各种致病菌的重要防线,因此,这类放线菌是寻找抗菌活性分子的重要资源,其药用潜力巨大。【目的】从西沙石珊瑚样品中分离共附生放线菌,并从中筛选具有良好抗菌活性的菌株。【方法】通过稀释涂布法分离珊瑚共附生放线菌,并根据16S rRNA基因序列构建系统发育树进行菌种鉴定;通过平板对峙法对放线菌进行抗菌活性筛选并确定目标菌株;将目标菌株涂布于不同氯化钠浓度的ISP2固体培养基上培养,测试其盐度耐受能力;通过平板对峙法对该菌株发酵产物的热稳定性和光稳定性进行测试;采用NanoPore和Illumina方法完成目标活性放线菌全基因组测序,并通过antiSMASH在线分析预测其次级代谢产物生物合成基因簇及其结构类型。【结果】从6份西沙石珊瑚样品中分离得到104株可培养放线菌,根据菌落形态和分离来源去重后对其中27株放线菌进行16S rRNA基因序列测序,通过序列比对和系统发育树分析将菌株初步鉴定为盐孢菌属(Salinispora)(25株)、链霉菌属(Streptomyces)(1株)和戈登菌属(Gord...