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        極端環(huán)境細(xì)菌Gracilibacillus ureilyticus抑菌活性物質(zhì)的提取與分離

        2014-10-15 10:15:14劉振華聶永芳周晨妍孫景博郭偉云
        化學(xué)與生物工程 2014年8期
        關(guān)鍵詞:氨水大孔脫色

        劉振華,聶永芳,周晨妍,孫景博,郭偉云

        (1.新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院 河南省醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)與分子靶向藥物高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地,河南 新鄉(xiāng)453003;2.河南科技學(xué)院機(jī)電學(xué)院,河南 新鄉(xiāng)453003)

        真菌在自然界非常普遍,但大多數(shù)都是非致病的。一些致病性真菌一般也僅引起手足頭癬等淺表病害,容易治愈。從20世紀(jì)70年代開(kāi)始,大量藥物被用于癌癥和艾滋病等臨床治療,導(dǎo)致病人免疫力下降,深部真菌感染疾病的死亡率逐漸上升[1]。深部真菌病的病原菌主要為念珠菌屬,其次為曲霉屬、酵母菌屬、霉菌屬等[2]。臨床上真菌感染率的上升導(dǎo)致抗真菌藥物使用率的升高,進(jìn)而使得耐藥菌株也不斷增多,造成臨床治療的困難[3]。兩性霉素B曾經(jīng)一直是治療真菌感染的一線藥物,但其副作用很大(包括腎毒性及其注射帶來(lái)的不良反應(yīng))[4]。三唑類藥物(化學(xué)合成藥)有較好的療效和相對(duì)較低的毒性,但是因長(zhǎng)期使用已引起部分真菌的耐藥性。因此,迫切需要開(kāi)發(fā)新的抗真菌藥物。

        芽孢細(xì)菌Gracilibacillus ureilyticus是一株在鹽堿土壤中新發(fā)現(xiàn)和鑒定的菌株[5],研究表明其發(fā)酵培養(yǎng)產(chǎn)生的活性組分對(duì)白色念珠菌、金黃色葡萄球菌、大腸桿菌均有抑制作用,其中對(duì)白色念珠菌的抑菌活性較強(qiáng),可能成為新型的抗真菌抗生素。因此,作者在此研究極端環(huán)境細(xì)菌Gracilibacillus ureilyticus活性物質(zhì)大孔吸附樹(shù)脂脫色和離子交換樹(shù)脂提取工藝條件,旨在優(yōu)化其提取分離工藝,為進(jìn)一步開(kāi)發(fā)利用奠定基礎(chǔ)。

        1 實(shí)驗(yàn)

        1.1 材料、培養(yǎng)基與儀器

        芽孢細(xì)菌Gracilibacillus ureilyticus,購(gòu)自中國(guó)普通微生物菌種保藏管理中心(CGMCC),其發(fā)酵液經(jīng)絮凝去除菌體后備用。

        檢驗(yàn)菌為白色念珠菌。

        沙堡氏固體培養(yǎng)基:蛋白胨10g,葡萄糖40g,瓊脂20g,蒸餾水1 000mL,調(diào)pH 值至5.4~5.8,115℃高壓蒸氣滅菌30min。

        沙堡氏液體培養(yǎng)基:除不加瓊脂外,配方同上。

        大孔吸附樹(shù)脂D101,天津瑞金特化學(xué)品有限公司;大孔吸附樹(shù)脂XAD18、Amberlite離子交換樹(shù)脂F(xiàn)PC22H、FPC3500、FPA51、FPA90CL,美國(guó)陶氏公司。

        SENCO R-205型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀,上海申生科技有限公司;PH070A型恒溫培養(yǎng)箱,上海一恒科學(xué)儀器有限公司;PHS-3C型pH計(jì),上海雷磁儀器廠。

        1.2 方法

        參照文獻(xiàn)[6]按以下步驟進(jìn)行提取:發(fā)酵絮凝液→大孔吸附樹(shù)脂脫色→離子交換樹(shù)脂提取→氨水洗脫→粗提液→減壓蒸餾→粗制品。

        1.2.1 大孔吸附樹(shù)脂脫色

        各取10.0g大孔吸附樹(shù)脂XAD18和D101,分別裝入直徑15.0mm的層析柱中,然后加入200.0mL發(fā)酵絮凝液,進(jìn)行動(dòng)態(tài)吸附。流出液每20.0mL接1管,觀察顏色變化并測(cè)活;吸附后的樹(shù)脂依次用120.0 mL水、25%乙醇、75%乙醇、100%乙醇和丙酮洗脫;將含有機(jī)溶劑的洗脫液濃縮后再溶于水,觀察洗脫液顏色并測(cè)活。

        1.2.2 離子交換樹(shù)脂提取

        1)靜態(tài)吸附

        將發(fā)酵絮凝液 pH 值分別調(diào)為 3.0、5.0、7.0、9.0、11.0,各取30.0mL置于燒瓶中,分別用4種離子交換樹(shù)脂(FPC22H、FPC3500、FPA51、FPA90CL)進(jìn)行靜態(tài)吸附,觀察絮凝液的顏色并測(cè)活,確定合適的離子交換樹(shù)脂。

        吸附后的FPC22H樹(shù)脂依次用水、70%乙醇和1.0mol·L-1HCl溶液洗脫,吸附后的FPA51樹(shù)脂依次用水、70%乙醇和0.5mol·L-1氨水洗脫。記錄洗脫液的pH值并測(cè)活。

        2)動(dòng)態(tài)吸附

        分別取300.0mL發(fā)酵絮凝液加入到裝有10.0g FPC22H樹(shù)脂的2個(gè)層析柱中進(jìn)行動(dòng)態(tài)吸附,每30.0 mL接1管,共接10管,其中一個(gè)層析柱依次用0.05 mol·L-1和0.5mol·L-1的氨水洗脫,測(cè)定抑菌活性。另外一個(gè)層析柱,吸附后先依次用30.0mL水和180.0mL 25%、50%和70%的乙醇洗脫,然后再用180.0mL 0.0005mol·L-1、0.005mol·L-1、0.05 mol·L-1和0.5mol·L-1氨水洗脫,觀察顏色變化。

        1.3 抑菌活性測(cè)定方法

        1)將冰箱中保存的白色念珠菌用沙堡氏固體培養(yǎng)基活化(37℃生長(zhǎng)24h),然后接種到沙堡氏液體培養(yǎng)基中,于37℃、200r·min-1培養(yǎng)12h。

        2)吸取一定量的白色念珠菌培養(yǎng)液于沙堡氏固體培養(yǎng)基平皿內(nèi),搖動(dòng)平皿使培養(yǎng)液均勻分布,用移液器取出多余部分,將平皿開(kāi)蓋晾干,制成含菌平皿。

        3)用直徑為6mm的無(wú)菌打孔器在固體培養(yǎng)基平皿上打孔,將100μL待測(cè)樣品液注入孔內(nèi),37℃恒溫培養(yǎng),每個(gè)樣品設(shè)置2個(gè)重復(fù)對(duì)照。

        4)24h后測(cè)量并記錄抑菌圈直徑。

        2 結(jié)果與討論

        2.1 大孔吸附樹(shù)脂脫色

        實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn):XAD18樹(shù)脂吸附后的流出液每管都有一定活性,水、25%乙醇和75%乙醇洗脫液活性很弱,100%乙醇和丙酮洗脫液無(wú)活性。表明XAD18樹(shù)脂對(duì)活性物質(zhì)有微弱吸附作用,且易被洗脫。

        D101樹(shù)脂吸附后流出液每管都無(wú)活性,說(shuō)明D101樹(shù)脂對(duì)活性物質(zhì)有一定吸附能力;水洗脫液有活性,乙醇和丙酮洗脫液無(wú)活性,說(shuō)明該類活性物質(zhì)可以被水洗脫。該類物質(zhì)的極性比水小、比乙醇等有機(jī)溶劑大,分析其可能為離子型化合物,所以下一步用離子交換樹(shù)脂分離提取。

        比較XAD18和D101兩種樹(shù)脂對(duì)色素的吸附能力發(fā)現(xiàn),D101樹(shù)脂可以吸附更多的色素,所以后續(xù)分離提取工藝采用D101大孔吸附樹(shù)脂脫色,然后進(jìn)行離子交換樹(shù)脂提取。為充分利用D101樹(shù)脂的脫色能力,絮凝液和D101樹(shù)脂的比例以10mL∶1g較為適宜。

        2.2 離子交換樹(shù)脂提取

        2.2.1 離子交換樹(shù)脂的選擇

        絮凝液經(jīng)離子交換樹(shù)脂F(xiàn)PC3500、FPA51、FPA90CL、FPC22H靜態(tài)吸附后的顏色變化如表1 所示。

        表1 靜態(tài)吸附后絮凝液的顏色變化Tab.1 Color of flocculation liquid after static adsorption

        由表1 可知:絮凝液經(jīng)弱堿FPA51和強(qiáng)酸FPC22H樹(shù)脂吸附后幾乎無(wú)色,表明這2種樹(shù)脂均有較好的脫色效果;不同pH值的絮凝液經(jīng)弱酸FPC3500和強(qiáng)堿FPA90CL樹(shù)脂吸附后均具有一定顏色,表明這2種樹(shù)脂吸附色素能力較差,但是隨著絮凝液pH值變小,吸附后絮凝液的顏色變淺,表明較低的pH值有利于這2種樹(shù)脂吸附色素。

        絮凝液經(jīng)離子交換樹(shù)脂F(xiàn)PC3500、FPA90CL、FPC22H、FPA51靜態(tài)吸附后的活性變化如表2 所示。

        由表2 可知,強(qiáng)酸FPC22H和弱堿FPA51樹(shù)脂對(duì)絮凝液中活性物質(zhì)的吸附效果最好,F(xiàn)PA90CL樹(shù)脂越偏堿吸附效果越好。由于FPC22H樹(shù)脂在不同pH值下都可以完全吸附絮凝液中的活性物質(zhì),因此,選擇FPC22H樹(shù)脂更為合適。

        實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn):吸附活性物質(zhì)的強(qiáng)酸FPC22H和弱堿FPA51樹(shù)脂的水、70%乙醇洗脫液均無(wú)活性,可能是洗脫液的濃度不合適,需進(jìn)一步探索。

        表2 不同pH值的絮凝液被離子交換樹(shù)脂吸附后的抑菌圈直徑/cmTab.2 Inhibition zone diameter for different pH values of flocculation liquid after static adsorption by ion exchange resin/cm

        2.2.2 離子交換樹(shù)脂提取條件的選擇

        由前述實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知,靜態(tài)條件下FPC22H可以完全吸附絮凝液中的活性物質(zhì),故選擇FPC22H研究其動(dòng)態(tài)條件下對(duì)活性物質(zhì)的吸附與洗脫。

        1)吸附

        實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn):絮凝液經(jīng)FPC22H吸附后的流出液中前9管都沒(méi)有活性,只有第10管有活性(抑菌圈直徑為0.95cm,圖1)。說(shuō)明10.0g樹(shù)脂在吸附270.0 mL(因每30.0mL收集1管)絮凝液時(shí)達(dá)到飽和,此時(shí)應(yīng)停止吸附。后續(xù)實(shí)驗(yàn)絮凝液和樹(shù)脂比例以20mL∶1g較為合適。

        圖1 絮凝液經(jīng)FPC22H樹(shù)脂動(dòng)態(tài)吸附后第10管有活性Fig.1 Activity of 10th tube of flocculation liquid after dynamic adsorption by FPC22Hresin

        由圖1可知,10號(hào)樣品有一定活性,11號(hào)樣品僅有微弱活性,可能為殘余在樹(shù)脂中未被吸附的部分活性物質(zhì)。

        2)洗脫

        以乙醇、氨水為洗脫劑,對(duì)吸附了活性物質(zhì)的FPC22H樹(shù)脂進(jìn)行洗脫,考察洗脫液的顏色變化及活性,結(jié)果如表3 、表4所示。

        綜合表3 和表4可知:(1)乙醇可以脫去色素,但不能洗脫活性物質(zhì),其中50%乙醇脫色效果最好,可能是因?yàn)樵摶钚晕镔|(zhì)的極性比乙醇大;(2)0.05mol·L-1的氨水和0.5mol·L-1的氨水都可以洗脫活性物質(zhì),而且都有顏色,可能是該活性物質(zhì)本身有顏色或者是有一種或幾種同活性物質(zhì)性質(zhì)相同的色素被同時(shí)洗脫下來(lái);(3)0.05mol·L-1氨水的洗脫效果最好,洗脫后的溶液活性比吸附前減弱,說(shuō)明活性物質(zhì)有部分損失。

        表3 乙醇和氨水洗脫液的顏色變化Tab.3 Color of alcohol and ammonia eluention

        表4 氨水洗脫液的抑菌圈直徑/cmTab.4 Inhibition zone diameter of ammonia eluention/cm

        3 結(jié)論

        研究了芽孢細(xì)菌Gracilibacillus ureilyticus抗白色念珠菌活性物質(zhì)的分離提取工藝,確定脫色及提取工藝如下:(1)絮凝液選用D101大孔吸附樹(shù)脂脫色,合適的絮凝液與D101樹(shù)脂比例為10mL∶1g,大孔吸附樹(shù)脂吸附的部分活性物質(zhì)可被水全部洗脫。(2)選擇強(qiáng)酸型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂F(xiàn)PC22H吸附絮凝液,絮凝液中活性物質(zhì)可以被FPC22H樹(shù)脂吸附且不受pH值影響,合適的絮凝液與FPC22H樹(shù)脂比例為20mL∶1g;0.05mol·L-1氨水的洗脫效果最好。

        [1]殷瑜,黃為一,陳代杰.微生物來(lái)源的抗真菌抗生素的研究進(jìn)展[J].中國(guó)新藥雜志,2004,13(2):113-117.

        [2]劉自貴,裘雁秋,譚明珍,等.院內(nèi)真菌感染及其藥物的敏感性分析[J].華西醫(yī)學(xué),1999,14(4):393-394.

        [3]周中仲,孫殿春,鄭慧哲,等.新型抗真菌藥物尼可霉素的進(jìn)展[J].中國(guó)制藥信息,2002,18(1):22-25.

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        [6]梁雪琴.一種核苷嘧啶類抗真菌抗生素的分離純化及抗菌活性的研究[D].杭州:浙江大學(xué),2010.

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