虫草素的研究开发现状与思考

虫草素是第一个从真菌中分离出来的核苷类抗菌素,具有抑菌、抗肿瘤、抗炎等非常广谱的生物学活性,目前已经成为一个研究热点。对虫草素的菌株来源、生物合成、提取纯化、分子生物学研究现状等方面进行了总结,对有关专利进行了评价和分析,提出从种质资源入手拓宽虫草素来源,优化虫草素的提取纯化方法,深入研究其生物合成途径,并呼吁重视真菌研究中所用材料的科学名称。     

蝉花虫草镇痛化合物对痛风大鼠转录组及Adora1等疼痛相关基因的影响

本研究采用活性追踪的方法从蝉花虫草Ophiocordyceps sobolifera中分离提取了镇痛活性物质N~6-(2-羟乙基)腺苷[N~6-(2-hydroxyethyl)-adenosine,HEA],并通过转录组测序技术探索了HEA对痛风模型大鼠疼痛相关基因的影响。结果表明932个基因存在差异表达,将差异基因与在线疼痛基因大数据及相关文献进行比对,发现了57个疼痛相关基因,其中12个基因与镇痛相关,包括上调表达的腺苷A1受体基因(Adora1)及A2A受体基因(Adora2a)。应用Western blot的方法验证了HEA(7.5mg/kg)诱导镇痛靶标受体腺苷A1受体(A1R)表达上调、腺苷A2A受体(A2AR)表达下调。选择性A1R拮抗剂DPCPX显著抑制HEA对A1R的上调表达作用。综上所述,蝉花虫草的镇痛活性物质为HEA,而HEA可能通过激活腺苷A1R、下调A2AR及调控一系列疼痛相关基因发挥其镇痛作用。     

不同培养条件对粉被虫草产N6-(2-羟乙基)腺苷的影响

N6-(2-羟乙基)腺苷[N6-(2-hydroxyethyl)-Adenosine,HEA],又名茧草菌素,是一种钙离子拮抗剂,具有抗紫外辐射、抗血小板凝结和镇痛等效用,是集医药保健、化妆品等多项开发潜力于一身的生物资源,也是衡量虫草制品质量的一个重要生物活性物质指标。该研究采用高效液相色谱法对菌丝体中HEA进行检测,以HEA的产量为指标,考察不同培养方法、培养基及其组分、前体物和氨基酸对粉被虫草(Cordyceps pruinosaPetch)cp菌株产HEA的影响。结果表明:在沙氏培养基上,静置培养120 d,cp菌株HEA的产量明显优于摇床培养20 d和发酵罐培养3 d的产量,说明随培养时间的延长,cp菌株中HEA的累积会逐步增加。在静置培养条件下,cp菌株在查氏培养基上HEA的产量明显优于沙氏培养基和PD培养基,HEA的产量是沙氏培养基的3.7倍,是PD培养基的4.48倍。以查氏培养基为基础培养基,静置培养120 d进行碳、氮源的筛选中,最有利于cp菌株产HEA的是蔗糖和硝酸钠;在无机盐的筛选中,K2HPO4是促进cp菌株累积HEA最主要的无机盐,其HEA产量较对照(不添加无机盐的查氏培养基)提高了58.2倍;在查氏培养基上添加不同前体物和氨基酸,发现其结构类似物腺苷、次黄嘌呤和腺嘌呤都有促进cp菌株累积HEA的能力,其中腺苷和次黄嘌呤的效果最好,能提高HEA产量60%以上;添加的14种氨基酸中有组氨酸、L-谷氨酸、甘氨酸、天门冬酰胺、丝氨酸、亮氨酸、L-丙氨酸、赖氨酸和精氨酸等9种氨基酸能促进cp菌株产HEA的能力,其中组氨酸是最有利于cp菌株累积HEA的氨基酸,其HEA产量较ck(查氏培养基)提高251.68%,HEA产量达到(45.56±2.8)mg/L,菌丝体中HEA含量达到(4 633.10±65.65)μg/g。     

从蝉花虫草提取的N6-(2-羟乙基)腺苷的降压活性及其与人血清白蛋白的相互作用

从蝉花虫草中提取分离了N ⁶-(2-羟乙基)腺苷[N ⁶-(2-hydroxyethyl) -adenosine,HEA],对其降压机制及其与人血清白蛋白的相互作用进行了研究,揭示了降压机制以及在体内的传输机制。研究结果表明使用水沉醇提法提取HEA,HEA的纯度达到95%以上。HEA低（2.5mg/kg）、中（5mg/kg）、高（7.5mg/kg）浓度组腹腔注射高血压大鼠体内,HEA具有显著降压效果,中浓度组表现出较稳定的降压作用,其机制可能是激活腺苷A1受体。在HEA 与人血清白蛋白结合过程中,范德华力、氢键和疏水作用力是结合过程中的主要作用力,HEA在位点I与人血清白蛋白进行结合,结合过程轻微地改变人血清白蛋白的结构和微环境。分子对接结果表明,Ser-192、Lys-195、Arg-257、Ser-287和Arg-291是HEA与人血清白蛋白结合过程中重要的氨基酸残基。     

拟南芥阿拉伯糖-5-磷酸异构酶的原核表达、纯化及酶催化特性

阿拉伯糖-5-磷酸异构酶(Kds D)是2-酮-3-脱氧辛糖酸(KDO)生物合成途径的第一个关键限速酶,通过无缝克隆技术将拟南芥Kds D基因构建至原核表达载体p ET-HTT,经过IPTG诱导,在大肠杆菌BL21(DE3)中获得了大量重组蛋白的可溶性表达;表达产物经Ni-NTA亲和层析和分子筛层析(SEC)方法进行酶蛋白的分离纯化步骤,得到纯度85%以上的高纯度酶;分子筛层析结果发现纯化后的目的蛋白Kds D在溶液中主要以多聚体、二聚体和单体形式存在,这同微生物来源Kds D酶在溶液中以四聚体形式存在很大差异;进一步使用Western blotting和MALDI-TOF MASS技术对纯化的蛋白进行鉴定;测定了拟南芥Kds D酶学性质,证明该酶催化反应的最适p H值为8.0,最适作用温度为37℃,各种金属离子在低浓度均对酶活性存在不同程度的抑制作用,其中以Co~(2+)、Cd~(2+)对酶活性的抑制作用最强,而5 mmol/L金属螯合剂EDTA对酶有激活作用。此外,以阿拉伯糖-5-磷酸(A5P)为底物时,拟南芥Kds D酶动力学常数Vmax和Km值分别为0.18 mmol/(L·min)、0.16 mmol/L,比较发现该酶与底物的亲和性高于大肠杆菌Kds D。以上研究结果为Kds D蛋白结构与功能及其在新型抗生素研制领域中的工业化应用奠定了基础。     

蝉花虫草活性成分的抗惊厥作用

本研究采用活性追踪的方法,逐步从人工培养蝉花虫草分离获得A（50%乙醇回流提取）、B（膜分离）、C（大孔树脂洗脱）和D（Sephadex LH20柱纯化）等4种样品,单一化合物D纯度为98.62%,鉴定为N6‐(2‐羟乙基)腺苷[N6‐(2‐hydroxyethyl)‐adenosine,HEA]。研究各样品对戊四唑（pentylenetetrazol,PTZ）诱导的小鼠惊厥模型的影响,以及选择性腺苷A1受体（AA1R）拮抗剂DPCPX或选择性腺苷A2A受体（AA2AR）拮抗剂ZM241385对HEA作用的影响,并采用苏木精-伊红（hematoxylin-eosin,HE）染色、免疫组化（immunohistochemical,IHC）染色和蛋白质免疫印迹（Western blot,WB）等技术进一步探究HEA抗惊厥作用的机制。结果表明,各样品（i.p.）均有抗惊厥活性,HEA（40–60mg/kg,i.p.）能显著延长惊厥小鼠的存活时间和降低死亡率,DPCPX（2mg/kg,i.p.）能够拮抗HEA的抗惊厥作用,而ZM241385无此作用;HE、IHC和WB的结果进一步揭示DPCPX显著降低HEA的作用。综上所述,蝉花虫草的HEA具有抗惊厥作用,并且可能通过激活腺苷A1受体而起作用。     

响应面法优化细脚棒束孢中N6-(2-羟乙基)腺苷的超声提取工艺研究

为提高细脚棒束孢中N ⁶-(2-羟乙基)腺苷（简称HEA）的提取效率,在超声时间、提取液pH、料液比3个单因素试验的基础上,运用响应面法对超声提取细脚棒束孢中HEA工艺进行优化。结果表明,液料比对提取效果的影响最大,其次是提取液pH,超声时间因素影响最小。响应面法优化后,细脚棒束孢的最佳超声提取工艺为：超声时间31min、液料比22:1（mL/g）、pH 4.88,Box-Behnken模型预测值为0.86mg/g,实际值为(0.86+0.03)mg/g,二者偏差为0.10%,说明响应面优化超声提取细脚棒束孢中HEA工艺稳定可行。该研究所得提取工艺适用于不同虫草类真菌腺苷类成分的提取及分析,具有省时高效、节约能源的优势,可用于虫草的质量评价及开发等研究。     

基因组信息指导的星海链霉菌中2-甲硫基-N6-(4-羟基异戊烯基)-腺苷的分离鉴定

【目的】研究海洋链霉菌新种星海链霉菌Streptomyces xinghaiensis NRRL B24674~T次级代谢物中是否存在2-甲硫基-N~6-异戊烯基修饰的腺苷。【方法】通过生物信息学分析星海链霉菌S.xinghaiensis NRRL B24674~T基因组序列,寻找这类化合物的生物合成相关基因;采用正相硅胶柱色谱、反相硅胶柱色谱、凝胶柱色谱和高效液相色谱等分离技术对该菌株的发酵粗提物进行分离纯化;利用质谱与核磁共振等波谱技术鉴定化合物的结构。【结果】在星海链霉菌基因组中找到含有2-甲硫基-N~6-异戊烯基修饰的化合物生物合成途径中的2个同源蛋白;从该菌的发酵液中分离鉴定了2-甲硫基-N~6-(4-羟基异戊烯基)-腺苷(ms2io6A)。【结论】星海链霉菌S.xinghaiensis NRRL B24674~T存在此类腺苷修饰反应,并且是首次在链霉菌中发现此类腺苷修饰。生物信息学分析预示着链霉菌中可能普遍存在此类核酸或者核苷修饰。     

三烷基取代芳香聚酮gombapyrones生物合成基因簇的确认及其生物合成推导

【目的】本研究旨在确认链霉菌Streptomyces rubellomurinus ATCC 31215来源芳香聚酮化合物(gombapyrones, GOMs)的生物合成基因簇(biosynthetic gene cluster, BGC),并对其生物合成途径进行推导。【方法】对链霉菌S. rubellomurinus ATCC 31215进行大规模发酵及提取分离,得到GOM-B和GOM-D;以三烷基取代芳香聚酮生物合成途径保守存在的P450单氧化酶的蛋白序列作为探针,在GOMs产生菌S. rubellomurinus基因组中进行BLAST搜索获得潜在的GOMs生物合成基因簇(gom BGC);通过对gom BGC中的聚酮合成酶(polyketide synthase, PKS)结构基因进行同框缺失突变,对突变株发酵产物进行高效液相色谱-质谱(highperformanceliquidchromatography-massspectrometry,HPLC-MS)分析以确认gomBGC与GOMs的产生相关;基于生物信息学分析,推导GOM-B的生物合成途径。【结果】从S. rubell...     

一种新的抗菌药物靶标蛋白质(3，4-二羟基-2-丁酮-4-磷酸合成酶)的克隆、表达、纯化及酶活性鉴定

[目的]核黄素( vitamin B12,riboflavin)是辅因子黄素腺嘌呤二核苷酸(flavin adenine dinucleotide,FAD)和黄素单核苷酸(flavin mononucleotide,FMN)的前体物,对生物体的生物合成至关重要.如果细菌不能够从外界摄取足够的黄素( flavin)就需要自身合成核黄素以维持菌体的生存与增殖.3,4-二羟基-2-丁酮-4-磷酸合成酶(3,4-Dihydroxy-2-butanone-4-phosphate synthase,DHBPs)为核黄素生物合成途径中关键酶之一.在镁离子存在的情况下,DHBPs将5-磷酸核酮糖(ribulose-5 -phosphate,Ru5P)转换成3,4-二羟基-2-丁酮4-磷酸(3,4-dihydroxy-2-Bu-tanone-4-Pho-sphate,DHBP)和甲酸盐(formate),生成的DHBP为核黄素合成的必需原料之一.人类没有合成核黄素的相关途径,因此细菌参与合成核黄素的DHBPs等相关酶就有望成为抗菌药物作用的靶位点.本课题通过对肺炎链球菌的DHBPs进行克隆表达纯化与酶学性质鉴定,为开展其三维结构的解析和抗菌药物设计提供重要的工作基础.[方法]利用PCR技术扩增DHBPs基因,构建重组表达载体pW28-DHBPs.将其转入大肠杆菌(Escherichia coli)BL21( DE3)中表达,用Ni离子亲和层析及离子交换(DEAE)纯化获得有活性的DHBPs后,进行酶学性质鉴定.[结果]酶切和测序证实成功构建了质粒pW28-DHBPs,在E.coli BL21中表达了可溶性DHBPs,纯化后获得了纯度为95％的靶蛋白质,经分子筛分析DHBPs在溶液中以二聚体形式存在.对DHBPs进行酶学性质分析表明,在25℃、pH为7.5和Mg2+存在的情况下,DHBPs具有将5-磷酸核酮糖转换成DHBP和甲酸盐的活性.[结论]第一次成功克隆并在E.coli BL21中表达了一种肺炎链球菌合成核黄素的相关酶—DHBPs,纯化后的重组DHBPs具有较好的5-磷酸核酮糖分解活性,这为解析其三维结构和基于结构进行的新一代抗菌药物设计提供重要的工作基础.