一、拟解决的问题及其意义
很早以前,人们就发现某些微生物对另外一些微生物的生长繁殖有抑制作用,并且把这种现象称为抗生。然而之后随着科学的发展,人们终于揭示出抗生现象的本质,从某些微生物体内找到了具有抗生作用的物质,并把这种物质称为抗生素。1929年英国细菌学家弗莱明在培养皿中培养细菌时,发现从空气中偶然落在培养基上的青霉菌长出的菌落周围没有细菌生长,他认为是青霉菌产生了某种化学物质,分泌到培养基里抑制了细菌的生长【1】。这种化学物质便是最先发现的抗生素--青霉素。
之后的半个多世纪里,科学家陆续发现了数以万计的抗生素。抗生素等抗菌剂的抑菌或杀菌作用,主要是针对“细菌有而人(或其它高等动植物)没有”的机制进行杀伤,有5大类作用机理,如:阻碍细菌细胞壁的合成,改变细菌细胞膜的通透性,抑制蛋白质的合成,阻碍细菌DNA的复制和转录,影响叶酸代谢【2】。抗生素并不是都能抑制微生物生长,有些是能够抑制寄生虫的,有的能够除草,有的可以用来治疗心血管病,还有的可以抑制人体的免疫反应,可以用在器官移植手术中。在20世纪90年代以后,科学家们将抗生素的范围扩大。然而由于其毒性和功能各不一样,只有近百种能为人类或牲畜治疗疾病。
然而,当下由于抗生素的滥用引起的细菌耐药性问题日益严重,各种超级菌的出现为医生在临床治疗中带来了不小的困扰。因此,发掘新型抗生素的步伐还不能停止,然而从普通生态环境下挖掘出新型抗生素产生菌的几率已经不断降低,能够用于临床的抗生素数量也逐渐减少。在这样的形势下,抗生素产业的发展几乎进入了停滞期。为此,美国已将抗生素研发作为国家优先课题,并于2009年11月与欧盟建立了跨太平洋专责小组,达成 10X20rsquo;s倡议【3】,倡议全球到2020年,10年内开发出10种应用于临床的优质新抗生素。可见如果耐药性无法得到很好的控制,那么将会给疾病治疗和控制带来极大的隐患。
着眼于当下这样严峻的形势,我们首先可以做的就是从非常态的生态环境下去挖掘新型抗生素产生菌,以求寻找到与普通土壤来源不同的抗耐药菌新型或新亚型抗生素。由此,新抗生素发现与各种极端环境条件下(包括高温、高压、极端酸性、碱性、高盐度、极高放射性等)微生物的多样性、功能、演化及其形成的地球化学记录相关的学科相交叉,在极大丰富了人们对生命演化认识的同时,得出一些理论推测即从特殊生存环境中寡营养来源的微生物代谢产物中寻找到新的活性物质是可能的【4】。
以海洋放线菌为例,美国Scripps海洋研究所William Fenical教授领导的科研小组从通过对Bahamas热带海域内药用微生物勘探,分离到全新类群的小单孢菌科( Micromonosporaceae )盐孢菌属( Salinispora),该新属菌株的发酵粗提物具有广泛的生物活性,从中已发现了大量结构新颖的高活性化合物,其中SalinosporamideA在被发现不到3年的时间,就作为抗肿瘤药物进入临床一期 [5-7]。另外,从日本海洋289米深处勘探到的放线菌—疣孢菌属( Verrucosispora) 菌株AB-18-032发酵产物中发现的AbyssomicinC对耐药金黄色葡萄球菌和耐万古霉素金黄色葡萄球菌具有强烈抑制作用。抗菌机制研究表明AbyssomicinC通过抑制细菌体内pABA合成相关酶,阻止pABA合成,进而破坏四氢叶酸的产生,达到抗菌效果,由于pABA在合成过程中所需的多种酶类广泛存在于微生物体内,但不存在于人体内,因此该化合物的发现和其抗菌机制的研究还为寻找新型高效抗耐药抗生素提供了新的重要靶点[8-10]。
这些成功的案例,使得从极端环境中能寻找到新抗生素的可能性得到了验证。尽管现在我国抗生素研究进程因为诸多因素,如特殊生态交通危险、人迹罕至,采样困难、研究基础薄弱、仪器或经费匮乏、与国外交流欠缺、关注不够、担心遭遇普通土壤微生物已知抗生素重复发现一样的风险等等原因,学科高度交叉等等原因,还较为缓慢,然而我国地广物博,蕴藏着丰富的物质资源,为我们寻找新抗生素产生菌提供了有利的环境。
本次课题,主要是通过对特殊环境来源的cc08菌株展开两方面工作:
- 对该菌株进行发酵,积累并从中分离出有活性的一类次级代谢产物,为之后测试其是否有抗肿瘤活性做准备;
- 以MTT方法,测定发酵中积累的产品的抗肿瘤活性。
二、研究方法
1.将cc08菌株进行发酵,具体方法:
