游动放线菌SE50/110的条件刺激产物研究文献综述

开题报告内容：

一、研究背景

天然产物是指动物、植物、昆虫、海洋生物和微生物体内的组成成分或其代谢产物以及人和动物体内许多内源性的化学成分的总称。在医药产业，天然产物是新药的重要来源之一，新的化学单体中，40% 以上都由天然产物衍生而来，而天然产物多数是从微生物的次级代谢过程产生的^［1］。微生物是天然产物的重要来源，主要产生菌类群有原核的放线菌、假单胞菌及蓝细菌和真核生物中的真菌和高等真菌等，其中放线菌尤其是链霉菌产生的次级代谢产物是抗生素和其它药物的主要来源^[2]。自从发现青霉素以来，微生物药物广泛用作抗细菌、抗真菌和抗肿瘤的临床药物，为挽救人类的生命做出了重要贡献。由于大部分天然化合物的结构十分复杂，釆用化学方法难以经济有效地大量合成，与化学合成药物相比，微生物来源天然产物具有以下特点：①微生物资源丰富，挖掘潜力大，发现新药的几率高；②微生物产生的次级代谢产物具有独特的结构，化学合成难度大；③微生物药物具有特异的作用靶点，成药潜力大；④可以通过生物合成途径的改造，提高产量和产生新的衍生物；⑤微生物具有生长周期短，易于操作控制，可大规模发酵实现工业化生产的特点；⑥微生物天然产物可以为新药合成提供先导化合物^[3-5]。当然微生物药物也有其自身的局限性，如缺乏已知化合物有效的去重复方法和微生物药物筛选流程繁琐、周期长等缺点，由于微生物及其代谢产物的多样性和新颖性，使得微生物来源的天然产物在医药方面仍具有广阔的应用前景。

自20世纪70年代以来，人们对治疗传染性疾病和癌症的药物需求越来越多，然而发现新的活性天然产物的速度却在不断下降，传统的方法已经很难获得新的次级代谢产物。而如今的 DNA测序技术已经能够快速、简便地检测出大量的基因组序列。同时，其结果提示我们：细菌和真菌作为天然活性产物的重要来源，尽管其已被深入研究，但其次级代谢产物合成基因簇的数目远远超出我们的预期，仍有大量的次级代谢产物等待发掘。有两个原因限制了新化合物的发现：①能够进行人工培养的微生物种类比例极低，目前为止仅有0.1% 到1% 的微生物家族成员被成功地在实验室培养^[6]；②大部分次级代谢产物合成基因簇在常规实验条件下处于沉默状态。若这些潜在的生物合成途径被激活，则有可能发现许多新活性产物，打破现有新药研发的瓶颈^[7]。目前，为激活沉默基因簇，已报道了多种方法，其中包括改变微生物的培养条件，例如培养基成分、通气速率、pH、温度、光照等，使它们产生更多类型或更大数量的次级代谢产物，即one strain many compounds（OSMAC）法，此方法被成功应用于 aspoquinolone A - D 的发现。但 OSMAC法在许多情况下（例如改变培养条件）并不能使微生物生产新的次级代谢产物，应用范围受到极大限制。近年来，研究人员通过采用不同手段、不同途径探索激活沉默基因簇，并取得一定成果^[8]。

微生物天然产物大多数都是在实验室培养条件下分离得到的，这与微生物本来所处的生态环境有很大的差异，如生态环境中营养条件有限、各种生物之间存在竞争等，因而实验室标准的培养条件并不能让所有的次级代谢基因都发生表达，而大部分次级代谢基因簇需要特定的环境剌激信号才能开启并表达出相应代谢产物。因此，通过改变传统单一的微生物培养方法或添加一定的外界环境信号刺激，可能会激活微生物次级代谢基因并表达出新的代谢产物。这就可以通过微生物营养条件的调控、微生物共培养、添加诱导小分子或其他刺激物等方法来实现次级代谢产物的产生并用于后续的研究^[9-10]。

目前，先进的基因组测序技术证明了大量未知的次级代谢生物合成基因簇的存在，还有大量的次级代谢产物等待被发现。各种卓有成效的激活沉默基因簇的手段使得对新天然产物的发掘已进入了一个新的阶段。研究人员仍在不断探索新的方法，生物信息学在此领域正扮演越来越重要的角色，其最终目标是利用基因组的测序信息，在未知的基因簇中预测新的天然产物。此外，近年来，蛋白质组学也扩充了鉴定沉默基因簇的方法。今后寻找新次级代谢产物的趋势便是筛选方法的自动化以及基因组学、分子遗传学、生物化学等方法的协同组合。随着越来越多的方法被发明以及改善，沉默的生物合成途径将会成为新药开发的宝贵资源。

二、研究目的与意义

传统的方法已经很难获得新的次级代谢产物，同时微生物来源的次级代谢产物具有很大的研究潜力。所以本实验旨在通过尝试用不同的刺激物对放线菌进行刺激并挖掘其本身存在的沉默基因簇，同时对刺激产物进行初步的研究。从而发现更多的次级代谢产物，突破现有新药发掘缓慢的瓶颈。

三、研究方法

此实验采用的菌株为游动放线菌SE50/110，通过将不同的刺激物加入培养基中激活放线菌的次级代谢通路，定时取样并通过高效液相色谱法进行初步的检测，通过将实验组与对照组进行比对后得到有效的刺激物并得到刺激产物，得到刺激产物后再用质谱技术以及核磁共振技术进行产物的结构鉴定，在获得结构信息后，再进一步推测其次级代谢过程。