●路則寶

現(xiàn)代生物技術(shù)和化學(xué)分析技術(shù)在篩選藥用微生物資源中的應(yīng)用

●路則寶

藥用微生物主要包括放線菌、真菌和細(xì)菌等, 是一類可持續(xù)發(fā)展利用的天然資源。以現(xiàn)代生物技術(shù) 和化學(xué)分析技術(shù)為核心的現(xiàn)代高技術(shù)在藥用微生物資源的研究開發(fā)領(lǐng)域內(nèi)發(fā)揮著越來越重要的作用,各種“組學(xué)”研究技術(shù)、基因工程以及生物轉(zhuǎn)化等技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于藥用微生物資源的篩選。本文就各種現(xiàn)代生物技術(shù)和化學(xué)分析技術(shù)在藥用微生物資源篩選中的應(yīng)用情況, 進(jìn)行了綜述并就其研究前景進(jìn)行了初步的分析和預(yù)測。

藥用微生物；生物技術(shù)；化學(xué)分析技術(shù)；篩選

人類對藥用微生物的研究開發(fā)和利用已經(jīng)持續(xù)了半個多世紀(jì),而且新發(fā)現(xiàn)的藥用微生物及其活性化合物的數(shù)量仍在穩(wěn)步增長。藥用微生物主要包括放線菌，真菌和細(xì)菌，其中從放線菌中所發(fā)現(xiàn)的活性化合物最多(約占70%)，其次分別為真菌(約占20%)和細(xì)菌(約占10%)。早期研究的放線菌絕大多數(shù)為鏈霉菌, 隨著對微生物資源研究和利用的不斷深入，人們對許多過去不常見的稀有放線菌、真菌也表現(xiàn)出了很大的興趣并從中發(fā)現(xiàn)了許多新結(jié)構(gòu)的活性化合物[1]。微生物作為一類重要的天然藥用資源，曾經(jīng)為人類的健康做出了巨大的貢獻(xiàn)，近年來，隨著現(xiàn)代生物技術(shù)和化學(xué)分析技術(shù)的飛速發(fā)展，人們設(shè)計了許多特異性的針對各種微生物的藥用微生物篩選模型，使得從微生物中篩選新的藥用微生物資源的研究又迎來了一個新的春天[2]。

1 現(xiàn)代生物技術(shù)在海洋藥用微生物資源篩選中的應(yīng)用

目前，對海洋微生物研究的焦點集中在極端微生物和共附生微生物的研究方面。現(xiàn)代生物技術(shù)在海洋微生物研究領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在利用各種分子標(biāo)記技術(shù)、熒光原位雜交技術(shù)( FISH)以及系統(tǒng)進(jìn)化分析手段等開展海洋微生物種質(zhì)資源的鑒定以及利用宏基因組(Metagenomics)研究技術(shù)開展活性代謝產(chǎn)物的研究。宏基因組技術(shù)的出現(xiàn)與細(xì)菌人工染色體技術(shù)的發(fā)展以及環(huán)境難培養(yǎng)微生物研究的需要有關(guān),是目前解決海洋難培養(yǎng)微生物天然活性成分的研究以及“藥源”問題的一個重要途徑。大量的研究顯示：生物體內(nèi)與某一代謝途徑相關(guān)的功能基因往往以串聯(lián)的形式排列在一起形成基因簇,利用一些限制性內(nèi)切酶或通過超聲等物理方法將環(huán)境中的微生物(如難以培養(yǎng)的微生物或難以分離單菌落的微生物群落等)的遺傳物質(zhì)DNA切成大小合適的DNA片段,并將它們連接到合適的載體上,然后轉(zhuǎn)化到一些可培養(yǎng)的細(xì)菌(如:大腸桿菌、鏈霉菌或假單胞菌等)中,根據(jù)獲得的功能進(jìn)行篩選。宏基因組研究技術(shù)不僅有助于新化合物的發(fā)現(xiàn)和解決活性產(chǎn)物的生產(chǎn)問題,同時,也將有助于我們對一些重要功能基因的認(rèn)識[3,4]。

2 現(xiàn)代生物技術(shù)在自然界中難分離培養(yǎng)微生物的分離和應(yīng)用

由于在藥用微生物的篩選過程中，長期使用傳統(tǒng)的菌種分離和鑒定技術(shù)，結(jié)果導(dǎo)致大量缺乏明確鑒定的分離菌株被重復(fù)分離和使用，嚴(yán)重地影響著新的生物活性物質(zhì)的篩選效率。近年來，國內(nèi)外科學(xué)家為提高藥用微生物的篩選效率，在利用人功能基因組和微生物基因組研究的成果改進(jìn)或設(shè)計新的篩選系統(tǒng)的同時，正在開展從自然生態(tài)環(huán)境中選擇性分離藥用微生物的分離技術(shù)研究?，F(xiàn)在國內(nèi)外有些實驗室采用在分離培養(yǎng)基中添加自然來源的抽提液,或加入一些特殊化合物,使其中處于Viable but non-culturable(VBNC)狀態(tài)的微生物恢復(fù)其生長繁殖能力,從而得到分離。

近年來，直接從環(huán)境樣品中提取混合微生物總基因組DNA，利用可培養(yǎng)的宿主細(xì)菌構(gòu)建宏基因文庫，通過篩選目的克隆，尋找活性代謝產(chǎn)物，取得矚目進(jìn)展。這種避開了傳統(tǒng)的微生物的分離培養(yǎng)，采用了直接開發(fā)環(huán)境微生物功能基因的方法，能夠最大限度的開發(fā)利用未培養(yǎng)或非可培養(yǎng)微生物的功能基因，直至獲得這些基因的表達(dá)生產(chǎn)的次級代謝活性產(chǎn)物。該領(lǐng)域的迄今研究結(jié)果表明，自然界中非可培養(yǎng)微生物作為巨大基因文庫是可以發(fā)掘利用的寶貴資源，通過基因工程手段從中尋找新的活性次級代謝產(chǎn)物是可行的[5]。

3 化學(xué)分析技術(shù)在篩選藥用微生物資源中的應(yīng)用

近年來應(yīng)用于藥用微生物資源篩選的化學(xué)分析技術(shù)主要有：滴定分析、氧化還原滴定法、重量分析法、和沉淀滴定法、分光光度法、原子吸收分光光度法、原子發(fā)射分光光度法、X射線熒光光譜分析、電位分析等技術(shù)。而且相信新的化學(xué)分析技術(shù)還將不斷應(yīng)用于篩選藥用微生物資源

4 現(xiàn)代生物技術(shù)和化學(xué)分析技術(shù)在篩選藥用微生物資源中的研究展望

綜合上述分析,可以看出,目前生物技術(shù)和化學(xué)分析技術(shù)在藥用微生物資源開發(fā)中的應(yīng)用主要集中在藥用微生物的分類、鑒定、微生物的培養(yǎng)、天然活性成分的分離純化和生產(chǎn)以及重要功能基因和蛋白質(zhì)的研究方面,并分別在上述領(lǐng)域內(nèi)取得了一定的進(jìn)展。但是,藥用微生物資源的開發(fā)畢竟是一個系統(tǒng)工程,利用各種現(xiàn)代生物技術(shù)的組裝和集成對藥用微生物資源進(jìn)行合理利用以實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展已成為國際社會的共識。大量的研究已證明天然活性成分的產(chǎn)生和蓄積并不是孤立的事件,它們在很大程度上受到環(huán)境因素的影響,為提高藥物篩選和研制的效率,有必要整合藥用微生物的基因、蛋白質(zhì)、代謝產(chǎn)物以及環(huán)境因子的相關(guān)研究數(shù)據(jù),為新化合物的篩選以及化合物新活性的研究提供理論指導(dǎo)。

（作者單位：楚雄醫(yī)藥高等專科學(xué)校）

[1]姜成林, 徐麗華編.微生物資源開發(fā)利用[M].北京: 中國輕工業(yè)出版社,2001.

[2]張華等.藥用微生物資源[J].微生物學(xué)通報,2004,31(2):152-153.

[3]葉波平等.現(xiàn)代生物技術(shù)在海洋藥用生物資源開發(fā)中的應(yīng)用[J].中國天然藥物,2006,1(4):5-9.

[4]Schirmer A , Gadkari R , Reeves CD , etal . Metagenomic Analysis Reveals Diverse Polyketide Synthase Gene Clusters in Microorganisms Associated with the Marine Sponge Discodermia dissoluta [J] . Appl Environ Microbiol , 2005 ,71 :4840-4849。

[5]許曉妍等.宏基因技術(shù)在開拓天然產(chǎn)物新資源中的應(yīng)用[J].微生物學(xué)通報,2005,32(1):108-102.

路則寶(1980～)，男,碩士研究生,講師，研究方向為微生物與免疫學(xué)。

資助課題：云南省教育廳科學(xué)研究基金指導(dǎo)性項目，項目編號：2017ZDX003。