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　　ADVANCES IN STUDIES OF BIOACTIVE SUBSTANCES PRODUCED BY MYXOBACTERIA
　　Li Jian, Li Yuezhong, Wang Zhenyi
　　(State Key Laboratory of Microbial Technology, Life Sciences
　　College, Shandong University, Jinan 250100)
　　ABSTRACT　OBJECTIVE:In order to enhance myxobacterial studies, the progresses in this field were reviewed.METHODS:The myxobacterial bioactive substances were discussed in accordance with their mechanisms.RESULTS: Significant progresses in myxobacterial studies have been achieved in last 20 years but only a few laboratories deal on these studies and now there was no commercial products available. However, some active materials obtained such as epothilons, attracts attentions in the pharmaceutical field.CONCLUSION: Myxobacteria is a potential source for Selection of bioactive substances.
　　KEY WORDS　Myxobacteria; Bioactive substances
　　粘细菌是最高等的原核生物类群，具有复杂的多细胞行为和形态发生，在细胞分化、发育和生物进化研究中占有重要地位，如Myxococcus是原核生物社会学行为研究的著名模式菌^〔1〕。近年来，粘细菌作为一类可产生丰富次级代谢物的微生物类群日趋受到重视^〔2，3〕。尽管全世界研究粘细菌生物活性物质的实验室仅有少数几家，但在原核生物中按已发现生物活性物质的数量，粘细菌仅排在放线菌和芽孢杆菌之后。目前从粘细菌中已发现大约360多种生物活性物质，约占微生物来源的总数的3.5%^〔3〕。德国国家生物研究中心(GBF)在这方面的工作十分突出，每年均有多篇发现新物质的专利或论文发表，此外，以色列、西班牙和日本等也有实验室从事这方面的工作。
　　1　粘细菌产生生物活性物质的特点
　　从已有的文献看，粘细菌产生的生物活性物质主要表现以下几个方面的特点：①种类多。包括芳香族，杂环类，醌类，大环类，聚醚类，多烯类，肽类化合物等。这一点与放线菌十分相似。1994年Schummer等人还分离到一种含硼生物活性物质tartrolons^〔4〕。②结构新。目前分离到的60多种基本结构中，仅有3种是在其他微生物中报道过的。③一株菌可以产生一种基本结构的许多衍生物。例如，Sorangium cellulosum So ce 26可产生50多种soraphen的衍生物^〔1〕；Myxococcus fulvus 产生的myxothiozol有35种不同衍生物，有关myxothiozol的文献已有100多篇。④菌株特异性，而不是种或属特异性。目前粘细菌分类上已确定的仅有12个属约40个种^〔2〕，但包含许多菌株。同种的不同菌株产生生物活性物质的差异很大。另一方面，某些生物活性物质的产生菌的分布可跨越种、属，甚至科的界限，见表1。⑤不同类别的多种生物活性物质可由一个菌株同时产生。⑥粘细菌生物活性物质有许多是作用于真核细胞的，这一点在生物活性物质产生菌中是比较特别的。目前已确定结构的粘细菌来源的生物活性物质见表1。
表1　已阐明结构的主要粘细菌生物活性次级代谢产物及产生菌分布

　　属名缩写：An.为Angiococcus,Ar.为Archangium,Cb.为Cystobacter,Cc.为Corallococcus,Mx.为Myxococcus,Pl.为Polyangium,Ps.为Pseudomonas,Sg.为Stigmatella,So.为Sorangium,Mt.为Melittangium,Cr.为Chondromyces,Na.为Nannocystis,Str.为Streptomyces,Pen.为Penicillium;a:第一个发现此种物质的粘细菌
　　此外，需要特别指出的是，目前从放线菌等微生物中筛选新生物活性物质的重复几率越来越高，而粘细菌在这方面具有独特的优势。就目前情况看，在溶细菌群粘细菌中55%的菌株可产生生物活性物质，而溶纤维素群粘细菌甚至高达95%^〔1〕。这为新结构或新作用机制生物活性物质的筛选提供了很好的一类微生物资源。
　　2　粘细菌生物活性物质的类型
　　粘细菌产生的生物活性物质种类繁多，作用水平在多个层次上，作用机理也多种多样。根据作用机理的不同^〔5〕，可将其分为以下几类：①呼吸抑制；②核酸合成抑制；③蛋白质合成抑制；④干扰蛋白质磷酸化系统；⑤干扰金属离子运输；⑥作用于脂类代谢；⑦干扰糖类利用；⑧作用于细胞壁。下面逐一论述。
　　2.1　呼吸抑制(主要是电子传递抑制)　第2个阐明结构的粘细菌生物活性物质myxothiazol便属于这一类型^〔6〕。它的主要作用部位有细胞色素bc₁复合物(在Q₀部位(kd=10^-11mol/L))，辅酶Q：细胞色素C₂氧化还原酶(细菌光合系统)和复合物Ⅲ。作用于复合物Ⅲ的还有stigmatellin和aurachins C, D。 myxolamids, phenalamids, thiangazol和phenoxan等则作用于NADH：辅酶Q氧化还原酶复合物Ⅰ。aurachin D和stigmatellin是目前发现的作用于菠菜叶绿体细胞色素b₆-f复合物的最有效抑制剂^〔2〕。这类物质往往显示出很好的抗真菌和昆虫活性。所有这些电子传递抑制剂对哺乳动物细胞均有毒性^〔3〕。尽管如此，myxothiazol和stigmatellin还是被一些医药公司所看中(Behringer Mannheim, Fluka, Sigma)^〔3〕，作为很有效的生化探针，在细胞能量产生机制的研究中颇有帮助^〔7〕。
　　从粘细菌培养物中分离到的电子传递抑制剂还有crocacin。它抑制G⁺细菌、酵母以及霉菌，还可阻断牛心亚线粒体颗粒电子传递链bc₁组分(复合物Ⅲ)，引起细胞色素b还原谱红移。现仅证实crocacin为多烯类物质。值得一提的是，1992年Jurkiewicz等人从Mx. stipitatous 和 Polyangium sp.培养物中同时分离到phenoxan, phenalamideA-l和thiangazole 3种HIV-l的抑制剂，并证实其作用机理与RT抑制无关。
　　2.2　核酸合成抑制　在粘细菌来源的60多种基本结构的生物活性物质中，有4种真细菌RNA多聚酶抑制剂，它们包括myxopyronin, corallopyronin, sorangicin和 ripostatins。这在微生物来源的生物活性物质中是非常少见的一种作用机制。
　　发现最早的myxopyronin可作用于大多数G⁺细菌和少数G^-细菌，并且对产生菌Mx. fulvus Mx f50自身也有中等程度毒性。myxopyronin 是一种α-吡喃酮化合物，主要作用于DNA依赖性RNA聚合酶，抑制机理与corallopyromin相似。结构已阐明的大环内酯类化合物sorangicin(sorangicin A的分子量为806)抑制RNA合成的启始，并且对乙型肝炎病毒的繁殖有干扰作用。Irschik等人于1995年又分离到一种新型的真细菌RNA多聚酶抑制剂ripostatin，为大环内酯类碳酸化合物，同样也是作用于RNA合成的启始。
　　在粘细菌培养物中也发现了作用于DNA或DNA合成的生物活性物质，如saframycin。它最初是在放线菌中发现的^〔8〕，1988年Irschik等人从Mx. xanthus Mx. x48的培养物中分离到，并且发现产生菌自身对saframycin敏感。saframycin是一种被修饰的二酮哌嗪，作用机理与放线菌来源的saframycin A,S相同^〔3〕。关于粘细菌来源的DNA抑制剂的报道较少。
　　2.3　蛋白质合成抑制　粘细菌培养物中干扰真核或原核生物蛋白质合成的物质至少有4种，其中研究最深入的是多肽类化合物myxovalargin。它主要作用于G⁺细菌(MIC为0.3～0.5μg/ml)和G^-细菌(MIC为6～100μg/ml)，对酵母和霉菌无效，并且产生菌自身敏感(MIC为4～6μg/ml)^〔3〕。myxovalargin作用于细菌核糖体的A位点，通过与氨酰-tRNA结合而阻断转肽反应。这种结合十分牢固，无法将它们离心分开。低剂量myxovalargin只阻断蛋白质的合成，高剂量导致细菌细胞膜结构破坏而使细胞内容物释放^〔3〕。angiolam也属此类物质，由An. disciformis产生，它作用于一些G⁺细菌(MIC为0.8μg/ml)，在Bacillusthuringiensis中加入angiolam后，所有的蛋白质合成立即停止，而其他生物大分子的合成则持续一段时间；在G^-细菌中，只有通透性增加的突变株和原生质体才敏感，表明angiolam很难进入细胞。目前angiolam作用的生化机制还不清楚。Sasse等人1995年从Ar. gephyra中分离到一种脂肪酸类化合物gephyronic acid, 能抑制真核生物蛋白质合成^〔9〕。初步证实可抑制酵母和真菌的生长，是哺乳动物细胞的生长抑制因子。令人感兴趣的是，GBF的研究人员发现某些粘细菌能产生对高等生物细胞骨架起抑制作用的代谢物，这在生物活性物质的作用机制中是十分罕见的。如chondranides等4种此类物质中，2种作用于肌动蛋白(actin)，2种作用于微管蛋白(tubulin)^〔10〕。目前，与taxol作用机制相同的epothilons已引起医药界的广泛注视^〔11〕。
　　2.4　干扰蛋白质磷酸化系统　Sasse等人1993年从Mx. stipitatus培养物中分离到一种大环内酯类化合物rhizopodin，它不抑制细菌生长，对酵母和霉菌也只有轻微的抑制，但动物细胞对rhizopodin很敏感，可使附着态的小鼠成纤维细胞不可逆地变形为有分支的长根瘤状结构；而悬液中的细胞则在细胞表面产生泡状结构，最终均导致细胞死亡。进一步研究表明，rhizopodin作用于细胞的蛋白质磷酸化系统^〔3〕，进而导致细胞形变。
　　2.5　干扰金属离子的运输(金属离子螯合剂)　具有此效应的生物活性物质在粘细菌培养物中已分离到3种，如myxochelin A。利用琼脂平板扩散实验分析发现 myxochelin 轻微抑制G⁺细菌(对S.aureus的MIC为25μg/ml)。myxochelin通过与培养基中的金属离子结合而起作用。Kunze等人发现的nannochelin也仅对G⁺细菌、部分酵母菌和霉菌有很弱的抑制作用，同样也与金属离子的利用有关。这一方面的研究今后会更加深入。
　　2.6　干扰脂类合成　乙酰辅酶A羧化酶是脂类合成过程中一个很重要的酶。Reichenbach等人1988年从Sorangium cellulosum So ce26 培养物中分离到一种大环内酯类化合物soraphen。 soraphen A₁α仅作用生长态的啤酒酵母，对休止细胞无作用。在加入soraphen A₁α后，啤酒酵母对磷酸甘油酸的利用立即被抑制，进一步研究结果表明其作用的基本位点是细胞膜的生物合成。soraphen是一种很有潜力的真菌抑制剂，它能特异地抑制真菌的乙酰辅酶A羧化酶，对高等植物叶绿体和细菌中相应酶无作用^〔3〕，但可以抑制小鼠肝脏中的对应酶。乙酰辅酶A羧化酶抑制剂在粘细菌培养物中目前仅分离到此一类。
　　2.7　干扰糖类代谢　第1个分离到的粘细菌来源的生物活性物质 ambruticin 具有抑制糖类利用从而限制能量产生和传递过程的作用，这在微生物来源的生物活性物质作用机制中也是很少见的。ambruticin 对真菌(包括人类致病菌)有抑制作用，对G⁺细菌也有弱的抑制作用(MIC为12～50μg/ml)。体外实验证明其对皮肤真菌有很好的抑制作用(MIC为5～150ng/ml)。然而ambruticin的作用受到pH的强烈影响，pH大于7时无任何活性。Simpkin等人发现，若将10 mM的乙酸盐或琥珀酸加入到受ambruticin抑制的Candida parapsilosis 的培养物中，氨基酸的合成不再受影响，而葡萄糖、麦芽糖、甘油则无此作用。所以，ambruticin 是抑制糖的利用，进而抑制能量的产生和传递。由于 ambruticin 提供了一类新型的生物活性物质，所以它的研究得到了许多工作者的重视，经过10年的努力，其合成的全部过程已被阐明。
　　2.8　作用于细胞壁　在sorangicin, disorazol和sorangiolid 的产生菌Sorangium cellulosum So ce26的培养物中，Irschik等人在1995年又分离到第4类生物活性物质 chivosazol A, 它对生长态的酵母和丝状真菌有抑制作用。将一定量的chivosazol A加入到啤酒酵母培养物中，通过对大分子合成的分析发现，chivosazol A可破坏细胞壁的完整性和稳定性。chivosazol A与2-脱氧葡萄糖对酵母有相同的作用现象。N-乙酰葡萄糖氨是位于酵母芽痕处几丁质形成的单体，2-脱氧葡萄糖可以抑制N-乙酰葡萄糖氨的利用而导致酵母生长细胞的裂解死亡。Irschik等进一步实验证实，chivosazol A通过干扰酵母细胞壁出芽区域特定位点而破坏其稳定性^〔12〕。这种作用机理在粘细菌生物活性物质中也较为独特。
　　关于其他一些研究不很深入的粘细菌来源新生物活性物质，见表2。
表2　1993年以来发现的未阐明作用机理的
粘细菌来源新生物活性物质