开题报告内容:(包括拟研究或解决的问题、采用的研究手段及文献综述,不少于2000字)
实验背景:
自从青霉素这种抗生素被发现用来治疗炎症以及被大规模使用以来,有无数人的生命因使用抗生素而得到挽救。随后,从冠头孢菌培养液中分离得到的头孢菌素C,经过化学修饰,获得了多种抗生素,在治疗微生物感染疾病中发挥了极其重要的作用;从海洋红豆杉中的某种内生真菌分离出的紫杉醇,具有抗肿瘤活性;第一个在真菌中发现的核苷类抗菌素虫草菌素,具有抑菌,抗肿瘤,抗炎以及免疫调节等多种药理活性。由此可见,抗菌药物在治疗感染性疾病、挽救患者生命、防治动物疫病及保障公共卫生安全中,发挥着重要作用。在我国,抗菌药物一直在临床用药中占据着极大的市场份额,用量约占所有药物用量的40%左右。进入21世纪后,随着抗生素品种不断的更新换代,用药市场也发生了变化。目前,四环素、土霉素几乎退出药品市场,大环内酯类抗生素应用逐渐上升,氨基糖苷类抗生素新品迭出,beta;-内酰胺类抗生素稳居所有抗菌药物之首。抗菌药物广泛的临床应用,有效地控制和减少了感染疾病对人类的威胁。但随着抗生素的大规模使用,细菌的耐药问题日益突出。为了应对各种抗菌药物的广泛使用,各种微生物势必会加强其防御能力,通过改变自身代谢途径或产生相应的灭活物质,抵御抗菌药物的侵害,从而使微生物对抗菌药物的敏感性降低甚至消失,这是微生物对药物所具有的相对抗性,耐药基因通过转导、转化、接合等方式将耐药性从供体细胞转移给其他细菌,耐药微生物越来越多,耐药程度越来越严重,形成多重耐药性。细菌的耐药性已经成为全球公共健康领域的重大挑战。目前加强抗菌药物研发是国内外对抗细菌耐药现状的共识。
而天然产物是新药研发中先导化合物的重要来源,目前使用的很多药物都是直接或间接来源于天然产物。近年来源于特殊生境微生物的天然产物越来越引起科学家们的高度重视,因为特殊生境微生物的代谢产物中存在着大量活性独特、结构新颖的化合物。
特殊生境微生物指的是是指生活在极端环境(酷热地带,盐湖,沙漠),极地冰川,海洋,植物根际等环境的微生物。来源特殊生境的微生物绝大多数都具有耐冷,耐热,耐压,耐盐,耐酸和耐碱,以及耐高压,耐高辐射,耐高毒性环境等特性。与普通微生物相比,特殊生境微生物具有不同的遗传背景和代谢途径,能够产生各种具有特殊功能的酶类和活性物质,在医药、化工等领域具有重大的应用潜力。特殊生境微生物具有很强的合成新型次级代谢产物的能力。
在中国知网上通过“次级代谢产物”和“抗菌活性”以关键词为组合进行检索,检索结果显示目前大家对特殊生境微生物的关注度还是比较高的:李鑫等人从来自海洋中的青霉菌属的真菌中发现了六种化合物,其中有一种化合物是第一次从青霉菌中发现20;孔凡栋等人海洋真菌 Penicillium sp. SCS-KFD16分离出的化合物具有一定的 DPPH 自由基清除活性19,赵瑞等人从青霉属真菌XGH2321分离出的四种化合物分别具有抗MRSA作用,抗白色念珠菌作用及化合物1、2和3的抗烟曲霉作用18;陶华明等人从南海深海沉积物来源真菌 Penicillium sp. F00120分离出八种化合物,其中化合物 1 ~ 3、6 ~8为首次从该菌中分离得到;化合物3、 4 和8 具有一定的抗菌活性10。
众所周知,西藏位于中国边疆,在气候上有日照时间长、地表辐射高、昼夜温差大等特点。其得天独厚的气候条件及相对独特的地理环境,赋予了其丰富多样的微生物及新化合物资源。因此,本课题将针对西藏特殊环境中真菌进行研究,致力于发现具有代谢产物丰富、生物活性多样等特性的次级代谢产物,为发现抗菌新药的不断努力。
实验目的:分离鉴定西藏来源真菌Penicillium sp.活性目标菌株代谢产物中的抗耐药菌活性成分。
实验方法:实验前期通过基因筛选和活性筛选以及代谢谱的分析,确定活性目标菌株,通过大量发酵,并利用纸片法进行抑菌活性追踪,利用4006大孔吸附树脂、LH20凝胶柱层析、LC-UV/MS等多种色谱技术分离纯化活性成分,通过现代波谱学方法(UV、IR、MS、NMR和CD)鉴定其结构,利用微量肉汤稀释法测定化合物的体外抑菌效力。
实验中涉及的基因筛选是基于结构相似的次级代谢产物的合成基因族也具有一定程度的相似性的假设而开发的一种筛选新型抗生素的方法,目前已成为寻找新化合物的重要手段之一。 将特定基因作为筛选标记,可以在基因水平上评估相应菌株产生次级代谢产物的能力,从而筛选到菌株在初始条件下低表达或不表达的活性物质;另一方面,通过对基因筛选所获得的次级代谢产物合成相关基因进行生物信息学分析,可以初步预测产物的结构,在一定程度上避免化合物的重复发现。通过基因筛选获得的目标菌株虽然具有合成特定种类化合物的能力,但是,由于生长条件的限制,如单一的培养条件,不表达的活性物质,因此,对潜在功能基因的激活是获得新颖化合物的多种重要途径。因此,我们采用 OSMAC策略,即选择多种不同的培养基,通过不断改变生存条件(培养基成分及培养生理活性的次级代谢产物),使目标菌株产生次级代谢产物的潜力充分激活与表达。
