海洋抗菌活性物質(zhì)

海洋抗菌活性物質(zhì)的研究進展

20世紀醫(yī)藥界的巨大成就之一是抗生素的發(fā)現(xiàn)，自1929年Fleming發(fā)現(xiàn)青霉素以來，各種不同化學(xué)結(jié)構(gòu)類型和不同生物活性的抗生素相繼問世，為人類健康做出了巨大貢獻。然而隨著抗生素的廣泛應(yīng)用甚至濫用，在臨床上引起兩個問題:一、細菌耐藥性逐漸增加，甚至出現(xiàn)了一些超級細菌，致使一些抗生素的療效降低乃至無效。二、一些原本不致病的細菌成為條件致病菌，因而需要不斷篩選新結(jié)構(gòu)和新作用機制的抗菌物質(zhì)。

目前，廣泛應(yīng)用于臨床的各種抗生素大部分來自于陸棲放線菌和真菌，長期的開發(fā)已使陸棲微生物資源日趨枯竭。占地球表面積71%的海洋，以其獨特的高壓、高鹽、低營養(yǎng)、低光照等自然條件而具有生產(chǎn)特殊結(jié)構(gòu)和功能活性物質(zhì)的能力，越來越受到研究者的關(guān)注。

國外學(xué)者在20世紀40年代就開始了對海洋抗菌活性物質(zhì)的研究，50年前從海洋生物中發(fā)現(xiàn)并成功研制了，開創(chuàng)了開發(fā)新海洋抗生素的先河。近年來，國內(nèi)學(xué)者也相繼從海洋藻類和微生物中發(fā)現(xiàn)并分離一些新穎結(jié)構(gòu)和具有抗菌活性的化合物。第一個海洋新抗生素-頭孢菌素

抗菌活性物質(zhì)主要包括抗細菌、抗真菌、抗病毒物質(zhì)三類，其中主要以抗細菌活性物質(zhì)為主。已報道的海洋抗菌活性物質(zhì)主要來源于海洋放線菌、海洋細菌、海洋真菌及海洋微藻等。一、海洋放線菌二、海洋細菌三、海洋真菌四、海洋微藻

放線菌是一類高(G+C)%的革蘭陽性細菌,與人類關(guān)系密切。自1875年Cohn從人淚腺感染病灶中分離到一株鏈絲菌(streptothrix)以來，放線菌由于其擁有獨特的合成多種結(jié)構(gòu)復(fù)雜的次生代謝產(chǎn)物的能力引起了人們的廣泛關(guān)注。

海洋放線菌主要包括鏈霉菌(Streptomycetes)、小單孢菌屬(Micromonospora)、紅球菌(Rhodococcus)、諾卡氏菌(Nocardia)以及游動放線菌(Actinoplanetes)等稀有屬種。目前的天然抗生素大約有2/3來自放線菌,近年來不斷有新的海洋放線菌菌種及其產(chǎn)生的新抗生素的報道。一、海洋放線菌

1975年，Okami研究小組首次從海泥樣品中分離到一株可以產(chǎn)生抗腫瘤活性物質(zhì)的放線菌———成紫硬塊欽氏菌（Chainiapurpurogena）SS-228。1979年，Okami研究小組又從海泥中分離到一株鏈霉菌屬S.tenjimariensis，其產(chǎn)生的氨基糖苷類抗生素istamycins（天神酶素），對革蘭氏陽性菌和陰性菌都有很強抑制作用.FedericaSponga等對約40000株來自全球不同海域的海洋微生物的研究結(jié)果表明：對于能產(chǎn)生活性物質(zhì)的放線菌,31%屬于鏈霉菌,69%屬于稀有放線菌(主要是小單胞菌屬)。Robert等從夏威夷可愛島淺水區(qū)沉積物樣品中分離到一株放線菌NocardiopsisdassonvilleiBH-609,該菌可以產(chǎn)生兩種新的吲哚核苷kahakamidesA和B,這2個化合物屬于neosidomycin（賽吲哚霉素）類抗生素。該化合物對革蘭氏陽性菌枯草芽孢桿菌有較強的抑菌活性。Bister等從海洋放線菌Verrucosispora的發(fā)酵液中得到1個新的多環(huán)聚酮類抗生素AbyssomicinC,該化合物有很強的抗革蘭氏陽性菌的活性。AbyssomicinC是對氨基苯甲酸生物合成的抑制劑,是比已知的人工合成的磺胺類藥物在合成通路上較早的抑制葉酸的合成。AbyssomicinC被認為是很有潛力的抗耐藥性病原體的抗生素。

福建海洋研究所的方金瑞教授等首次報道由海洋耐鹽、嗜堿放線菌產(chǎn)生的抗菌物質(zhì)，包括兩個部分，其中一部分經(jīng)鑒定后，是種新型的氨基糖苷類抗生素，稱為丁酰苷菌素。過去報道是由環(huán)狀芽孢桿菌產(chǎn)生，由海洋微生物產(chǎn)生還是首次的報道。對許多細菌具有強抑制作用，主要這對氨基糖苷類抗生素的化學(xué)改造開辟了新的途徑，成為我國首次發(fā)現(xiàn)的海洋新抗菌藥。

林親雄等對海洋放線菌M326次生生物代謝產(chǎn)物進行了初步研究,發(fā)現(xiàn)次生生物代謝產(chǎn)物對G+菌有較強的抑菌活性,對G?菌、耐藥菌均有不同程度的抑菌活性,且抗菌物質(zhì)的極性較強。二、海洋細菌

海洋中常見的細菌主要屬于以下幾個系統(tǒng)類群：變形細菌類群、革蘭氏陽性細菌類群(包括高G+C和低G+C)、噬纖維菌屬黃桿菌類群、浮霉?fàn)罹?衣原體類群、疣微菌類群及一些人工尚未培養(yǎng)成功的系統(tǒng)類群等。其他一些細菌類群也存在于海洋生態(tài)環(huán)境中，但研究報道較少。許多海洋細菌可產(chǎn)生抗生素，包括鏈霉菌屬、交替單胞菌屬、假單胞菌屬、黃桿菌屬、微球菌屬、著色菌屬、欽氏菌屬及許多未定菌。已報道海洋細菌產(chǎn)生的抗生素有溴化吡咯、3-氨基-3-脫氧-D-葡萄糖、靛紅、對羥苯基乙醇、醌等，其中有些種類在陸生菌中未見過。

1889年DeGiaxa首次報道了海水中存在有潛在的抑制炭疽、霍亂病原菌的細菌。過了近60年后，Rosenfeld和Zobell描述了一些海洋細菌可產(chǎn)生抗生素.后來Krassilnikova和Buck的工作進一步確證了海洋細菌的抗菌作用，其中Buck的研究表海洋細菌對酵母有抑制作用.Burkholder等從海洋含溴假單胞菌(Pseudomonasbromoutilis)中分離到抗生素硝吡咯菌素pyrolnitrin(1),掀開了海洋微生物活性物質(zhì)研究的序幕,隨后有多種海洋微生物所產(chǎn)生的抗生素被發(fā)現(xiàn)。Isnansetyo和Kamei從海洋細菌Pseudoalteromonasphenolicasp.nov.中得到1個新的抗生素MC21-A(2),該化合物對耐青霉素的葡萄球菌有殺菌作用,其作用效果與萬古霉素相當(dāng),但是作用機制與萬古霉素不同,MC21-A主要是通過透化細菌細胞膜來發(fā)揮作用的。Choi等從韓國濟州島潮間帶的海泥中分離到一株海洋細菌Hahellachejuensis,運用多種色譜分析的方法從乙酸乙酯提取物中得到2個新的17環(huán)的大環(huán)五烯化合物chejuenolidesA和B(3,4)。研究表明,這2種大環(huán)五烯化合物具有抗枯草芽孢桿菌、金黃色葡萄球菌、白色念珠菌的抗菌活性,同時他們對蛋白質(zhì)酪氨酸磷酸酶1B(PTP1B)表現(xiàn)出較弱的抑制作用,在濃度為150μg·mL?1時的抑制活性在65%-75%。PTP1B的抑制劑被認為是治療Ⅱ型糖尿病及其相關(guān)的代謝綜合癥的一種很有潛力的化合物。曾春民等從大亞灣分離到細菌Pseudomonas,能產(chǎn)生化合物靈菌紅素(Prodigiosin),該色素可作為天然色素或抗菌素來開發(fā)。鄭志成等從廈門地區(qū)紅樹根際海泥中分離到1株鏈霉菌,該菌產(chǎn)生的抗生素對革蘭氏陰性菌和真菌具有抑制作用。三、海洋真菌

海洋真菌的定義在不同的文獻中有所不同,目前被廣泛接受的是Kohlmerer提出的。他把海洋真菌分為,專性海洋真菌和兼性海洋真菌,專性海洋真菌是只能在大洋和河口地區(qū)生長和形成孢子的真菌,兼性海洋真菌是指那些來自淡水和陸地環(huán)境,又能在海洋環(huán)境中生長和形成孢子的真菌。依據(jù)近些年來的文獻報道,從海洋資源中分離到的不同屬的真菌數(shù)量,繪制了海洋真菌分布圖。從圖中,不難看出來自海綿的真菌顯示出了高度的種屬多樣性,其次來自海洋漂浮的木材上的海洋真菌，也顯示出了很高的種屬多樣性。1945年,GiuseppeBrotzu著手調(diào)查Sardinia灣排污口處的海水樣品,從中分離到一株真菌即頂頭孢霉,其發(fā)酵液具有很好的抗菌活性,這直接導(dǎo)致cephalosporinC（頭孢霉素C）的發(fā)現(xiàn)。在接下來的幾十年里,放線菌一直成為藥物研究關(guān)注的主要對象。但在1976年cyclosporinA從Tolypocladiuminflatum（一種霉菌）中被分離,以及1983年cyclosporinA（環(huán)孢霉素A）被批準(zhǔn)可以作為免疫抑制應(yīng)用與臨床,重新激起了人們研究真菌的興趣。盡管cephalosporinC是最早從海洋真菌中分離到的抗生素,然而直到上世紀90年代,有關(guān)海洋真菌方面的化學(xué)報告很少。近幾年來,有關(guān)這方面的報道,成指數(shù)增長。到目前為止,研究學(xué)者們從中發(fā)現(xiàn)了272種新的自然產(chǎn)物,包括一些具有新穎的碳骨架。因而,有足夠的證據(jù)證明,海洋真菌在發(fā)掘醫(yī)藥先導(dǎo)化合物方面有很大的潛能。

CuetoM等從巴哈馬褐藻中分離到一株P(guān)estalotiasp（盤多毛孢屬）菌,當(dāng)它處于周圍有抗性細菌存在的培養(yǎng)條件下,它能產(chǎn)生一種抗性物質(zhì)。這種抑菌物質(zhì)對MRSA菌（耐甲氧西林金黃色葡萄球菌）最小抑菌濃度37ng/ml,對VREF菌（耐萬古霉素糞腸道球菌）最小抑菌濃度78ng/ml。微生物之間的相互拮抗作用,對于從真菌中發(fā)現(xiàn)新穎的抗生素也許是非常有用的。KeissleriellaspYS4108是從中國黃海沉積物中分離到的一株真菌,發(fā)酵液分離提純得到幾種抗真菌次級代謝產(chǎn)物,其中一種聚酮類物質(zhì),擁有全新的碳骨架,且顯示出了對C.albicans（人白色念珠菌）,Tricophytonrubrum（紅色毛癬菌）和Aspergillusniger（黑曲霉）三種菌的最小抑菌濃度分別為40,20和80μg/ml。Proksch研究組從海綿Niphatesolemda組織中分離出真菌Curvularialunata（新月彎孢菌）,液體培養(yǎng)液中分離出一系列化合物,其中l(wèi)unatin和cytoskyrin兩個蒽醌類衍生物。Lunatin在瓊脂平板試驗中對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌和枯草桿菌都有抑菌活性,5μg/mL時對三種菌的抑菌圈直徑達到8～9mm。

劉晨臨等從青島側(cè)花海葵和綠?？w分離到23株真菌，并對其產(chǎn)生的抑菌活性物質(zhì)進行了初步測試。從23株真菌中篩選出3株有較好抗植物病原真菌活性的菌株，其中青11-1的代謝產(chǎn)物對立枯絲核菌Rhizoctoniasolani有較強的抑制作用。李淑彬等從南海海泥中分離出一株編號為M182的霉菌，初步鑒定為青霉Penicilliwnsp.該菌所產(chǎn)生的廣譜抗生素M-182A，對細菌、酵母真菌及絲狀真菌均有抑制作用。四、海洋微藻海洋微藻是海洋生態(tài)系統(tǒng)中的主要初級生產(chǎn)者,種類多,繁殖快,在海洋生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動中起著極其重要的作用。海洋微藻是海洋生態(tài)系統(tǒng)中的最主要初級生產(chǎn)者，也是海洋生物資源的重要組成部分。目前，國外對微藻生物活性物質(zhì)的研究集中在藍藻(又稱藍細菌)和甲藻，從中發(fā)現(xiàn)了許多具有潛在藥用價值的活性次級代謝產(chǎn)物，表現(xiàn)為抗腫瘤、抗病毒和免疫抑制活性。

20世紀40年代起，國外學(xué)者就開展有關(guān)微藻抗菌活性的研究工作，Prattr等是最早從微藻中分離抗生素的研究者，1944年他們從小球藻Chlorella中分離到小球藻素(chlorellin)脂肪酸混合物，該混合物具有抗細菌和自身毒性的功能。1962年Starr等發(fā)現(xiàn)夏威夷藍藻Lyngbyamajuscula的甲醇提取物具有抗菌活性。此后Susann研究不同的藍藻，發(fā)現(xiàn)其能產(chǎn)生多種抗菌物質(zhì)，可作為抗生素的重要來源。。

1988年Murakami從甲藻Alexandriumhiranoi中分離得到goniodominA，具有較強的抗真菌活性。Kellam等在1988年對132種海水微藻和400種淡水微藻的有機溶劑提取物進行抗菌活性篩選，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其中18種海水微藻及6種淡水微藻具有抗菌活性，表明海水微藻更具開發(fā)潛力;1989年,Kellam等又從132種海洋微藻種發(fā)現(xiàn)27種具有抗菌活性，且海洋微藻的有機相提取物對細菌有較強抑制效果，而水相提取物幾乎都沒有抗菌活性。1999年,Naviner等發(fā)現(xiàn)硅藻中的中肋骨條藻Skeletonemacostatum的水相提取液能抑制大腸桿菌、枯草桿菌、金黃色葡萄球菌及一些海洋細菌的生長。2006年,Herrero等從杜氏鹽藻中發(fā)現(xiàn)了15種不同的揮發(fā)性化合物(主要是棕櫚酸、α－亞麻酸、油酸等)具有抗菌活性。國內(nèi)微藻抗菌活性物質(zhì)研究取得了一定的進展，歸結(jié)起來研究方向主要集中在以下幾個方面:(1)抗菌活性物質(zhì)的初步篩選。包括對咸水和淡水單細胞藻種類和細胞粗提物抗菌活性的研究，以及溶劑體系的篩選體系的研究同。(2)抗菌篩選模型的研究。(3)抗菌物質(zhì)種類確定及其可能的抗菌機理研究。1988年，鄭天凌用紙片法、涂布法和液體法研究了小等鞭金藻Prymnesiumparvum的培養(yǎng)液和細胞抽提物對10株腸道菌或非腸道菌的抗菌作用，發(fā)現(xiàn)對其中8個菌株有抗菌作用。2004年，葉錦林等研究了紫球藻提取液及其多糖溶液抗病原細菌、真菌性能，表明兩者對革蘭氏陽性細菌的抑菌作用較為明顯。2005年，陳曉清等從海水小球藻和紫球藻中提取了多糖和粗蛋白，結(jié)果表明其多糖提取物比粗蛋白提取物的抗菌譜更廣;兩種微藻的粗蛋白提取物抗真菌活性比抗細菌活性大。2006年，尹鴻萍等對小鼠腹腔注射感染金黃色葡萄球菌，再對其施用鹽藻多糖，結(jié)果發(fā)現(xiàn)100mg/kg和200mg/k