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保兴发酵罐:海洋微生物也属于发酵工程师的势力范围

时间: 2019-04-24来源: 作者:
        

       海洋是一个多变、开放、复杂的生态系统,养育了种类繁多的海洋微生物。在演化过程中,海洋微生物形成了独特和多样的机制来适应高压、黑暗、高盐、低温和寡营养等严酷的生存环境,从而进化出在基因型、代谢途径和生理生态功能的多样性,成为地球上最丰富和最重要的战略资源,据估计物种达2?10 亿种,具?#26032;?#29983;微生物所无法比拟的生态群落结构多样性和物种多样性。

        本文对开发海洋微生物的必要性、海洋微生物的特点及限制开发的问题进行了简述,希望本文能够帮您开启认识海洋微生物的一扇窗,也让发酵工程师能够认识到海洋也应该被?#25159;?#25105;们自个的势力范围。文末提出:研究海洋微生物?#20445;?#24212;该以多目标,跨专业的方式进行,希望对您?#20852;?#24110;助,谢谢!

        


        ---我们为发酵而存在


为?#25105;?#24320;发海洋微生物?

1、21 世纪以来,随着人类多样化需求,以及对健康的追求的不断提升,陆地资源日益匮乏,因此向海洋和太空进军?#32479;?#20026;解决人类需求问题的必然之路。

2、在抗生素的广泛使用之下,细菌的耐药性迅速增加,2016年G20峰会还特别指出抗生素耐药性是影响全球经济的重大挑战。而海洋微生物在种类和性状方面有可能弥补陆生微生物的不足。


海洋生物活性物质多且优

海洋生物活性物质主要包括新型抗菌物质、抗肿瘤化合物、抗病毒物质,维生素、酶?#31181;?#21058;及极端酶等。近年来,已在海底污泥、海藻、海绵及海螺等中分离到具有产生生物活性物质的海洋细菌和海洋真菌,而有价值的次生代谢物的来源很大可能是这些微生物而非海藻与海绵等。共生和附生的海洋微生物,可产生各种生物活性物质,保护宿主免遭外敌侵害。此前,国内外寻找海洋药物的研究对象主要是海藻和海洋动物,但由于其含量?#31995;停?#29983;物量有限,分离提取的生产成本较高,使得许多研究成果的应用推广受到一定的限制。因此,可以利用海洋微生物繁殖快、?#30528;?#20859;等优点,结合现代发酵工程技术,使之工业化生产、降低海洋药物的生产成本


海洋微生物优势

1、资源丰富:海洋是孕育生命的摇?#28023;?1%的地球表面为浩瀚海洋所覆盖,3.6 亿平方公里的海洋蕴藏着丰富的生物资源。

2、物种多样:在漫长的演化中,海洋微生物成为地球上最丰富和最重要的战略资源,据估计物种达2?10 亿种,具?#26032;?#29983;微生物所无法比拟的生态群落结构多样性和物种多样性。

3、产物独特:海洋微生物形成了独特和多样的机制来适应高压、黑暗、高盐、低温和寡营养等严酷的生存环境,从而进化出基因型、代谢途径和生理生态功能的多样性,因此可能具有新颖的活性产物。

由联合国环境署斥资,采集了全球海洋68个位点的上层和中层海水243个样本进行宏基因组分析,得到7.2 TB数据,这些数据分析得到大于4000万条来自于病毒、原核生物、微型真核生物的非冗余、大部份为新发现的序列,在富含原核生物的139个样本中发现大于35000个物种。相信这些信息不仅会促进环境研究的发展,也给海洋放线菌的研究带来?#21496;?#22823;的便利。


海洋放线菌的特点

海洋放线菌种属多样,主要包括链霉菌、小单孢菌、游动放线菌、红球菌及诺卡氏菌等,其中链霉菌是放线菌?#26131;?#20013;的重要成?#20445;?#26159;海洋天然活性物质的重要来源之一。这些放线菌主要来源于海洋沉积物、海洋动植物及红树林等海洋环境,由于生活环?#31243;?#27530;,微生物容易形成不同于其他环境来源微生物的生理生化特征和代谢途径,从而能产生结构新颖的活?#28304;?#32423;代谢产物。

其代谢产物结构类型丰富,主要包括生物碱类、大环内酯类、萜类、醚类、肽类、酰胺类以及醌类等,且多数具有抗细菌、抗真菌、抗病毒及抗肿瘤的生物活性,这些化合物的性质在一定程度上也?#20174;?#20102;海洋微生物的化学防御机制。


何为红树林?

红树林(Mangrove)指生长在热带、亚热带低能海岸潮间带上部,受周期性潮水浸淹,以红树植物为主体的常绿灌木或乔木组成的潮滩湿地木本生物群落。组成的物种包括草本、藤本红树。它生长于陆地与海洋交界带的滩涂?#31243;玻?#26159;陆地到海洋过渡的特殊生态系统,具有沼泽化、盐渍化、强酸性等特征,主要分布于热带、亚热带海岸或河口潮间带,素有“海上森林”和“海上卫士”之称。

海洋药物开发限制因素

目前海洋药物的开发受众多因素的限制,最主要的是因实验培养条件有限,利用传统培养的方法所分离到的海洋微生物低于百?#31181;?#19968;。

提高海洋微生物的分离培养效率是开发好样药物首要解决的问题:

1、首先需要?#28304;?#32479;培养条件进行不断优化;

2、开发研究新型培养技术,例如运用模拟自然环境的稀释培养技术来分离筛选到更多的微生物。

3、除此之外宏基因组学和生物信息学也被应用到海洋药物的开发和研究中,通过异源表达、功能基因的筛选、基因组文库的建立等方法在天然产物发掘中的运用对于可?#20013;?#21033;用海洋生物资源具有重要意义


参考文献

1、赵?#38754;茫?#24120;一民,王俊潇等《海洋放线菌次级代谢产物及其抗菌、抗病毒、抗肿瘤活性研究进展》

2、张长生,李文利《海洋微生物学:新机遇,新挑战》

3、张晓婷,赫卫清《海洋放线菌天然活性产物的发掘》

4、卢文珺,卢文琼,房逢立《海洋微生物产物在医药卫生方面的开发利用概况》


编者补充

从陆地到海洋,从地球到太空,是人类眼界的一次次提升。我们对微生物的认识也不仅仅是其菌体、其产物,而是同时拓展到微生物本身的基因,?#26263;?#20854;周围环境的基因组(宏基因组)。这种眼界的变化,也引导了从单学科向多学?#24179;?#21449;的发展,研究者在开发海洋微生物的时候,也必然会以多目标,跨专业,的联合形式进行。比如:研究团队中有人需要微生物中某类产物,有人需要其特殊的基因,有人需要研究这种微生物与其本身环境的影响,有人研究该微生物是否可?#28304;?#35874;人类的垃圾等,有人研究是否可以将该微生物做成传感器等。



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