链霉菌形态分化与次级代谢产物合成的研究进展

链霉菌是一类具有复杂的形态分化周期和强大的次级代谢能力的高GC含量的放线菌,能够利用其初级代谢产生的前体化合物和能量,合成多种结构复杂、功能多样的具有生物活性的次级代谢产物,在农业、食品、畜牧业、工业以及医药研究等领域都具有重要的价值。在链霉菌的形态分化后期常常伴随着次级代谢产物的生物合成,并且两者都受到复杂的网络调控;同时链霉菌的形态对次级代谢产物的产量和种类造成很大影响。对链霉菌生长周期的全面理解将加深对链霉菌形态分化与次级代谢产物合成关系的认识。本文将对链霉菌的形态分化过程、形态分化和抗生素合成两者共同的调控因子以及链霉菌形态与抗生素产量之间的关系进行综述,这将有助于理解抗生素的合成过程,也将会在缩短发酵周期、构建高产工程菌株、新型杀菌剂的研发以及新型抗生素的合成等方面给予我们启发。     

链霉菌次级代谢物及其应用研究进展

链霉菌作为一种普遍存在于土壤中的微生物资源,因其能产生新药用抗生素等一些天然活性物质,具有巨大的商业和医用开发价值。主要从抗生素、酶类和其他成分3个方面综述了近年来从陆地、海洋和一些极端环境等生境中分离出的链霉菌及其所产生次级代谢产物的新的类型,并对这些新型代谢产物在农业、医药和环境修复等不同领域潜在应用前景进行总结。     

非定向激活沉默基因簇挖掘链霉菌活性次级代谢产物研究进展

链霉菌(Streptomyces spp.)是活性次级代谢产物的主要生产菌,在发现结构新颖化合物上具有重大潜力。随着对链霉菌基因组数据的深入分析,发现大量产次级代谢产物合成基因簇处于沉默状态,因此利用非定向和定向策略激活链霉菌中沉默基因簇、挖掘结构新颖化合物成为当前的主要手段。本文主要综述了培养基组成改变或培养条件优化、共培养、添加化学激发子及全局性调控等非定向策略在挖掘链霉菌次级代谢产物中的应用以及取得的进展,以期为链霉菌次级代谢产物高效开发提供参考。     

一株海洋链霉菌MMHS020的抗菌活性代谢产物

【背景】海洋微生物因其生存环境的多样性与独特性,已成为天然产物研究的重要来源。【目的】以一株太平洋海泥来源链霉菌MMHS020为出发菌株,筛选可促进其产生丰富代谢产物的发酵条件,挖掘菌株在抗菌抗肿瘤方面的潜力。【方法】采用单菌株多次级代谢产物策略对MMHS020菌株进行培养诱导,使其产生更丰富的活性代谢产物。双层平板法测定发酵产物对6种指示菌的抑菌活性。以硅胶柱层析、葡聚糖凝胶层析和制备层析等方法对代谢产物进行分离纯化,再通过质谱技术和~1H-NMR和~(13)C-NMR对化合物进行结构解析。【结果】链霉菌属MMHS020菌株可在较高浓度盐离子环境中产生丰富的抑菌活性代谢产物,显示出对枯草芽孢杆菌、结核分枝杆菌和藤黄微球菌等多种指示菌的抑制活性。从发酵产物中分离鉴定了3个化合物,分别是诺卡胺素(1)、麦角甾醇(2)和星形孢菌素(3)。其中星形孢菌素表现出白色念珠菌的抑制活性,而诺卡胺素则对其他几个指示菌表现出较强的抑制活性。【结论】海洋链霉菌MMHS020菌株可代谢产生丰富多样的生物活性物质,具有开发成为新型抑菌生物制剂的潜力。     

海洋链霉菌Streptomyces sp. SCSIO 1672及其代谢产物水杨酸的分离鉴定

从南海海洋沉积物中分离得到1株海洋放线菌,鉴定为链霉菌Streptomyces sp. SCSIO 1672。通过优化发酵条件,采用海虾生物致死活性和高效液相色谱追踪,利用有机溶剂萃取、正相硅胶、反相硅胶等各种色谱层析方法分离出活性化合物,通过波谱数据解析出海洋放线菌SCSIO 1672次级代谢产物中的该活性化合物为水杨酸。     

链霉菌次级代谢产物高产菌株的构建策略

随着基因测序技术的发展,人类获得了大量有关链霉菌次级代谢产物合成基因簇的信息,通过合理的构建策略可以激活其中的隐性基因簇或提高基因簇的表达水平,从而获得新的链霉菌次级代谢产物,或显著提高已知次级代谢产物的发酵水平。从基因表达调控、转座子突变、合成生物学方法、组学方法等四个方面,综述了提高链霉菌次级代谢产物产量的构建策略及其研究进展。     

合成生物学在链霉菌次级代谢产物研发中的应用

链霉菌是革兰氏阳性丝状细菌,其次级代谢产物具有抗感染、抗虫、抗肿瘤、免疫调节等生理活性,在医药、食品和农业领域具有重要应用价值。链霉菌的遗传操作技术是发现和改良新次级代谢产物的基础,近年来合成生物学的兴起为链霉菌的研发提供了全新的视角。综述了合成生物学在链霉菌次级产物生物合成基因簇克隆与组装、底盘细胞设计与改造、调节两者适配性方面的应用进展。     

链霉菌的全局调控蛋白DasR

链霉菌能够产生多种次级代谢产物,在临床、农牧业、生物技术等领域具有重要应用价值;对链霉菌的调控网络进行深入研究有助于提高次级代谢产物产量并发现新的次级代谢产物.链霉菌中次级代谢产物生物合成按调控通路分为全局调控与途径特异性调控,其中全局调控蛋白可靶向多种通路特异调控基因和生物合成基因,在链霉菌的生命活动中发挥着更为普遍...     

广西北部湾放线菌的分离筛选及活性产物的鉴定

为从广西北部湾的泥样和植物中分离海洋放线菌,筛选具有抑菌活性的菌株,分离活性化合物。研究采用普通稀释法分离菌株,对发酵产物进行抑菌活性测试,利用活性追踪分离活性化合物,并通过波谱方法确定化合物结构。结果表明从6个海泥样品和3个植物样品中共分离73株放线菌,筛选得到具有抑香蕉枯萎病和金黄色葡萄球菌活性的菌株7株,并从其中的1株链霉菌 Streptomyces sp.MDCW-126的次级代谢产物中分离鉴定了星形孢菌素。从广西北部湾分离的药用活性菌株资源具有开发和深入研究价值。     

利用“移树养苗”策略挖掘粤蓝链霉菌隐性活性次级代谢产物

利用适当的策略激活粤蓝链霉菌中潜在的隐性次级代谢途径,以期获得新的活性物质。以粤蓝链霉菌突变株DMR1为研究对象,该突变株的主导产物榴菌素的关键生物合成基因gra-orf1-3被敲除,不能产生榴菌素。通过改变营养条件、添加诱导物和热激等方法处理菌株,利用琼脂糖扩散法及TLC-生物显影等方法检测发酵粗提物的抑菌活性。结果显示,突变株DMR1的高氏一号和ISP3培养基发酵粗提物对枯草芽孢杆菌ATCC6633、金黄色葡萄球菌ATCC6538以及耐药的金黄色葡萄球菌ATCC43300和206具有显著抑菌活性;添加3%DMSO诱导后,高氏一号和ISP3培养基的发酵粗提物不仅对上述菌株的抑制活性增强,还具有抑制大肠杆菌ATCC8739、白色念珠菌ATCC10231以及多株耐药菌大肠杆菌和沙门氏菌的活性。粤蓝链霉菌中新发现的活性物质对革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌以及酵母菌具有广泛的抗菌活性,且部分发酵粗提物对所有测试的耐药菌均具有显著活性,有可能是新型的抗生素。结果也表明"移树养苗"策略能够提高隐性活性次级代谢产物的挖掘效率。     

链霉菌隐性次级代谢产物生物合成基因簇的激活

链霉菌基因组中存在许多隐性次级代谢产物生物合成基因簇(cryptic secondary metabolite biosynthetic gene cluster,CSMG),在实验室条件下,它们多数处于沉默状态或者很低的表达水平。但在一定条件下这些CSMG可以被激活合成次级代谢产物,这为寻找新的活性天然产物提供新来源。本文总结了目前激活链霉菌CSMG所使用的方法,包括改变发酵条件、核糖体工程、共培养、异源表达、CSR(cluster-situated regulator)基因的遗传改造等。     

链霉菌次级代谢调控相关的双组分系统研究进展

链霉菌具有强大的次级代谢能力, 能够产生众多具有生物活性的次级代谢产物, 如目前广泛应用的抗生素、抗肿瘤药物以及免疫抑制剂等。在链霉菌中, 次级代谢产物的生物合成受到包括途径特异性、多效性以及全局性调控基因在内的多层次严格调控。关键调控基因的缺失或过表达可以显著影响次级代谢产物的生物合成, 提示对于链霉菌次级代谢重要调控基因的功能及其作用机制的研究具有巨大的潜在应用价值。其中, 作为细菌信号传导系统的双组分系统(Two-component system, TCS)一直是大家研究的关注点。越来越多的研究表明TCS在链霉菌次级代谢过程中发挥着全局性的调控功能。本文重点介绍链霉菌模式菌株——天蓝色链霉菌中TCS(包括典型TCS)、孤立的组氨酸蛋白激酶(HK)以及应答调控蛋白(RR)参与次级代谢调控的研究进展。这些TCS的功能鉴定及机制解析为工业链霉菌的定向遗传改造以提高重要次级代谢产物的含量提供了理论依据。     

无机磷酸盐对链霉菌合成次级代谢产物的影响

链霉菌一个突出的特征是具有合成丰富的次级代谢产物的能力,许多次级代谢产物,如抗生素、免疫抑制剂、抗癌物质等在临床医药、水产养殖业等领域具有重要的应用价值。链霉菌次级代谢产物的合成常与环境中的营养因子有着密切的关系,在代谢水平上综述了无机磷酸盐对链霉菌合成次级代谢产物的影响,并在转录水平上阐释了双组分信号转导系统PhoR-PhoP的分子调控机制。PhoR-PhoP能够感应环境中的无机磷酸盐信号,当无机磷酸盐的浓度低于一定"阈值"时,PhoP蛋白作为主导的调控因子将抑制参与中心代谢和次级代谢等一系列基因的转录表达,减慢磷酸盐的消耗,并激活磷酸盐的摄取和转运系统及时补充胞内的磷酸盐,最终影响链霉菌次级代谢产物的合成和形态发育分化。     

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。     

链霉菌转运系统研究进展

链霉菌是具有复杂生命周期的革兰氏阳性细菌,其丰富多样的次级代谢产物使得链霉菌成为天然抗生素来源最为广泛的菌株。目前链霉菌研究主要集中在次级代谢和形态分化过程。近年来,因链霉菌转运系统在次级代谢和形态分化等过程中发挥重要作用而得到研究者们的极大关注。链霉菌转运系统不仅能够通过信号转导系统直接参与菌丝体形态分化过程,而且能够运送抗生素等次级代谢产物,使其在链霉菌工业生产方面具有极大的应用前景。除此之外,转运系统作为菌体“第一道门”,能够运送营养物质来改变初级代谢过程,进而影响形态分化和次级代谢等过程,使菌体能迅速适应复杂的环境。因此,链霉菌中转运系统的研究对其形态分化调控通路的阐释具有重要的指导意义。     

链霉菌来源生物碱及药理活性研究进展

不同来源的链霉菌所产生的次级代谢产物具有结构新颖、复杂多样且生物活性良好,是具有研究潜力的药物资源;生物碱类化合物是链霉菌代谢产物中重要活性成分之一。近十年从链霉菌中已经报道了许多生物碱的成分,本文按菌株来源综述了2007~2017年间报道的链霉菌来源的生物碱及其生物活性,为其他研究生物碱及其活性研究提供指导。     

海绵来源链霉菌S52-B中氨酰胺天然产物的分离与鉴定

【背景】海洋微生物是复杂海洋生态环境中重要的生物资源之一。海洋微生物所产生的活性天然产物极为丰富,是药物或药物先导化合物的重要来源。【目的】探索海洋中海绵来源链霉菌Streptomycessp.S52-B的优势生长条件,挖掘其次级代谢产物,以期分离具有良好生物活性的天然产物。【方法】根据"One Strain Many Compounds"(OSMAC)策略,寻找利于Streptomyces sp. S52-B生长和次级代谢产物产生的优势培养基,结合质谱及特征性的紫外吸收谱图,选择培养基进行大量发酵。利用正相硅胶柱色谱、葡聚糖凝胶柱色谱和制备型高效液相色谱等进行分离纯化,并应用高分辨质谱和核磁共振光谱进行化合物结构解析。【结果】确定培养基A–D为海洋链霉菌S52-B的优势培养基,基于紫外吸收光谱与质谱分析,从培养基A的大量发酵物中分离鉴定3个具有吡咯并[4,3,2-de]喹啉核心结构的含氯化合物,属于氨酰胺类天然产物,其中Ammosalic acid为新结构化合物。【结论】已知含有吡咯并喹啉母核的氨酰胺类家族化合物具有优良的抗癌活性。本研究从海绵来源链霉菌S52-B中分离鉴定了3个氨酰胺类化合物,其中一个是新结构化合物,不仅丰富了此类化合物家族的结构类型,也为研究其生物合成途径中的未知机理奠定了基础,还有利于结合培养条件和基因组信息从这株海绵来源链霉菌中挖掘新结构的活性天然产物。     

基于基因组挖掘的农抗120活性成分制霉菌素和丰加霉素的发现和鉴定

【目的】分析刺孢吸水链霉菌北京变种(农抗120产生菌)基因组和次级代谢产物组分,研究并鉴定农抗120产生菌中未被发现的活性组分。【方法】利用antiSMASH在线分析农抗120产生菌Streptomyces hygrospinosusvar.beijingensis基因组信息,锁定可能的制霉菌素和丰加霉素生物合成基因簇。利用HPLC和LC-MS等分析方法对农抗120产生菌发酵产物进行分析,同时利用制霉菌素和丰加霉素标准品作为对照,以鉴定该菌株代谢组分中的次级代谢产物。此外,通过构建目标基因簇大片段缺失突变株,并对所得突变株发酵产物进行检测,以确定生物合成基因簇与目的代谢产物的对应关系。【结果】本研究综合利用基因组序列分析、基因缺失突变株构建以及代谢产物检测方法,鉴定了农抗120产生菌中制霉菌素和丰加霉素两种活性成分,并确定了负责这些化合物合成的基因簇。【结论】本研究所构建的多重基因簇失活突变株为挖掘刺孢吸水链霉菌北京变种更多的天然次级代谢产物奠定了基础。     

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。     

链霉菌Streptomyces.sp NJ0510的分离、鉴定及其抑菌活性的研究

目的:从湖边树木下的土壤中筛选分离链霉菌并研究其抑菌活性。方法:通过对菌的形态学和生理生化特征分析确定其种属。通过滤纸片法研究其次级代谢物的抑菌谱。结果:分离得到的一株链霉菌Streptomyces.sp NJ0510,次级代谢产物能抑制G 细菌,抑菌圈可达10mm以上,而对大肠杆菌等没有抑制活性。结论:该菌代谢产物能够抗耐药的金色葡萄球菌,具有潜在的应用前景。