海洋微生物来源的天然活性物质的筛选策略1文档.pdf

海洋微生物来源的天然活性物质的筛选策略 New Technologies for Discovery of Natural Rroducts from Marine Mcrooganisms 摘要：细菌耐药性产生和新药退化的速度越来越快，使得寻找新型抗菌药物迫在眉睫。目前上 市的新药数量很少且基本都是对已上市药物的结构进行改造，很难从本质上改变细菌的耐药性 问题。自然界中微生物（尤其是海洋微生物）的多样性及其代谢产物的多样性，为发现新药以 及先导化合物提供了不竭动力。海洋微生物在所处环境和代谢途径上与陆地微生物有很大不 同，人类在陆地资源开发陷入瓶颈之际，应更多地关注新生境、新资源给天然药物开发带来的 活力。面对日益严重的病原微生物耐药性，以及天然药物筛选过程中大量的重复发现，如何采 用新技术、新资源、新模型筛选发现新的活性次生代谢产物，已成为天然药物开发中亟待研究 的重要课题。 关键词：细菌耐药性；海洋微生物；先导化合物；药物筛选；次生代谢产物 20 世纪，虽然新型抗生素的发现和临床开发已经在医学上迈进了一大步，但抗生素耐药 性问题也日趋严重，耐药性产生的速度远远快于新型抗生素的发现的速度。1962 年以来，只 有三类新型抗生素应用于临床：2000 年上市的利奈唑胺 （linezolid ，噁唑烷酮类抗菌药，辉瑞 制药），2003 年上市的达托霉素（daptomycin ，环酯肽类抗生素，Cubist 制药公司）以及必威体育精装版 上市的瑞他帕林（retapamulin ，截短侧耳素衍生物，葛兰素史克制药公司）。随着耐药菌株和 新型病原菌的出现，迫切需要发现具有新型抗菌机制的药物。自然界中含有丰富的微生物资源， 有学者认为，其中99% 以上的微生物是不可培养的。微生物 （尤其是海洋微生物）的多样性及 其代谢产物的多样性，为发现新药以及先导化合物提供了不竭动力。面对日益严重的病原微生 物耐药性，以及天然药物筛选过程中大量的重复发现，如何采用新技术、新资源、新模型筛选 发现新的活性次生代谢产物，已成为天然药物开发中亟待研究的重要课题。前人给我们提供了 大量可信的工作和易于理解的综述。本文主要对从可培养的微生物与不可培养的微生物中发现 1 新化合物的研究方法方面进行综述。 1 从可培养的微生物中发现新的化合物 1.1 Genome-mining 为导向的微生物来源的天然产物的发现 近年来，基于结构相似的次生代谢产物的合成基因簇也有一定程度相似性的假设，基因筛 选成为寻找新化合物的重要手段之一。通过将特定基因作为筛选标记，可以在基因水平上评估 相应菌株的活性物质产生能力 ,从而筛选到在初始条件下菌株低表达或不表达的活性物质；另 一方面，通过对基因筛选所获得的次生代谢产物合成相关基因(簇)进行生物信息学分析，可以 初步预测产物结构，在一定程度上避免化合物的重复发现。放线菌的大部分次生代谢产物是通 过聚酮合酶(polyketide synthase ，PKS) 和非核糖体多肽合成酶(non-ribosomal peptide synthetase，NRPS) 途径形成主要结构模块；而活性产物更重要的一个特性—结构多样性，则 是由一类称为后修饰酶的蛋白决定的，其中包括卤化酶。卤化作为赋予次生代谢产物生物活性 的一种重要修饰行为，常常通过依赖黄素腺嘌呤二核苷酸(FADH ) 的卤化酶引入。基于上述假 2 说，这种同源基因可以被用作合适的标记在分子水平上预测产物结构。目前已有将此策略成功 应用于筛选天然含卤化合物产生菌的报道。 1.1.2 FADH -依赖型卤化酶序列特异性 2 通过对FADH2 -依赖型卤化酶氨基酸序列（约550AA ）比对发现，在氨基酸末端有两个保 [1] 守区域 （图1），其中一个为靠近氨基端的保守序列GxGxxG ，该序列与黄素的结合相关；另 一个为位于蛋白中间包含两个色氨酸残基的保守序列WxWxIP ，两个色氨酸残基与黄素相邻， [2] 可能是起到阻止底物与黄素结合的作用 。 图1. FADH -依赖型卤化酶氨基酸序列保守区域