放線菌及其在抗生素生產(chǎn)中的應(yīng)用,Contents,菌種,應(yīng)用,鏈霉菌小單孢菌擬諾卡氏菌疣孢菌,抗生素,鏈霉菌,基本分布范圍：細(xì)菌域（Bacteria）、放線菌門（Actinobacteria）、放線菌綱（Actinobacteria）、放線菌亞綱（Actinobacteridae）、放線菌目（Actinobacterales）、鏈霉菌亞目（Streptomycineae）、鏈霉菌科（Streptomycetaceae）中惟一的一個(gè)特大屬，是放線菌的典型代表。廣泛分布于含水量較低、通氣良好、有機(jī)質(zhì)豐富和微堿性的土壤中，在淡水、海水及其淤泥中也有分布。少數(shù)種類是人體和動(dòng)植物的病原菌。,鏈霉菌,理化特性：好氧菌，化能有機(jī)營(yíng)養(yǎng)型，以好氧呼吸獲取能量。營(yíng)養(yǎng)要求低，能利用多種碳源，包括較復(fù)雜的纖維素、角蛋白和幾丁質(zhì)等。菌落致密，與基質(zhì)結(jié)合較牢固，外觀呈地衣狀、皮革狀或絨毛狀，色彩豐富，其上長(zhǎng)有大量粉狀孢子，有的還會(huì)形成各種水溶性色素。最適生長(zhǎng)溫度為2837;最適pH為6.58.0。,我們長(zhǎng)什么樣,鏈霉菌,形態(tài)結(jié)構(gòu)：G+，菌絲體發(fā)達(dá)，無(wú)分隔，以伸展在空間較粗的氣生菌絲和較細(xì)、分枝、不會(huì)斷裂的基內(nèi)菌絲兩種狀態(tài)存在。氣生菌絲成熟后會(huì)分化成非輪生的孢子絲，孢子絲經(jīng)橫割分裂后產(chǎn)生大量孢子。孢子絲形態(tài)多樣，有直形、波曲、鉤狀、盤卷和各種松緊不等的螺旋形等。孢子形狀呈圓形、橢圓形、卵圓形和柱形等，表面為光滑或呈疣狀、棘狀或毛發(fā)狀。,我長(zhǎng)什么樣,已知菌多達(dá)560多個(gè)有效發(fā)表種，38個(gè)變種，為便于鑒定和篩選抗生素的需要，按鏈霉菌屬各個(gè)種的氣生菌絲、孢子絲和孢子的顏色，基內(nèi)菌絲的顏色及其產(chǎn)生色素的顏色，以及孢子絲是否會(huì)吸水自溶等特征，把本屬劃分為12個(gè)類群：白孢類群，如白色鏈霉菌（Streptomycesalbus）等黃色類群，如黃色長(zhǎng)孢鏈霉菌（S.longisporoflavus）等粉紅孢類群，如弗氏鏈霉菌（S.fradiae）等淡紫灰(即薰衣草)類群，如淡紫灰鏈霉菌（S.lavendulae）等青色類群，如青色鏈霉菌（S.glaucus）等燼灰灰群，如燼灰鏈霉菌（S.cinerogriseus）綠色類群，如綠色鏈霉菌（S.viridis）等藍(lán)色類群，如天藍(lán)色鏈霉菌（S.coelicolor）等灰紅紫類群，如玫瑰燼灰鏈霉菌（S.reseocinercus）等灰褐類群，如褐黑鏈霉菌（S.fuscoatrus）金色類群，如黃產(chǎn)色鏈霉菌（S.aureochromogenes）等吸水類群，如冰城鏈霉菌（S.bingchengensis）,我的伙伴,菌株種類,抗生素,抗生素是用于治療各種細(xì)菌感染或其以致病微生物感染的藥物，它不僅能殺滅細(xì)菌，而且對(duì)霉菌、支原體、衣原體等其它致病微生物也有良好的抑制和殺滅作用?？股氐膩?lái)源廣泛，但最主要的是微生物，特別是土壤微生物，占70左右。有應(yīng)用價(jià)值的抗生素幾乎都是微生物產(chǎn)生的。,古有金剛罩鐵布衫煉就一身不壞之身，如今江湖各路細(xì)菌侵襲，我們的葵花寶典是什么呢？,鏈霉菌,代謝多樣性目前應(yīng)用的絕大多數(shù)抗生素都是鏈霉菌的次生代謝物，如鏈霉素、氯霉素、卡那霉素、絲裂霉素C、萬(wàn)古霉素、四環(huán)素、金霉素、土霉素、紅霉素、新生霉素、新霉素、春日霉素、博萊霉素、慶大霉素和井岡霉素等。這些抗生素的G+Cmol%值為6978.,另一個(gè)我,抗生素的危害治命，致命？,1、較強(qiáng)毒副作用；2、產(chǎn)生耐藥性；3、殺滅體內(nèi)正常細(xì)菌。,鏈霉菌與抗生素,1能在廉價(jià)原料制成的培養(yǎng)基上生長(zhǎng)，且大量高效的合成;2遺傳性能要相對(duì)穩(wěn)定，不易變異退化;3生長(zhǎng)繁殖能力強(qiáng)，有較高的生長(zhǎng)速率;4在發(fā)酵過(guò)程中不產(chǎn)生或少產(chǎn)生與目標(biāo)產(chǎn)品性質(zhì)相近的副產(chǎn)物;5菌種不是致病菌，不產(chǎn)生有害的生物活性物質(zhì)和毒素;6發(fā)酵條件如溫度、pH、溶解氧、泡沫等易控制;7具有抗噬菌體及雜菌污染能力強(qiáng);,產(chǎn)抗條件,鏈霉菌與抗生素,產(chǎn)抗優(yōu)勢(shì),目前世界上已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的抗生素約80%是由放線菌產(chǎn)生的,其中又以鏈霉菌屬列居之最。該屬可產(chǎn)生1000多種抗生素,用于臨床的已超過(guò)100種。鏈霉素(Streptomycin)，卡那霉素(Kanamycin)，絲裂霉素(Mitomycin)等。,小單孢菌,基本分布范圍:土壤及水生環(huán)境、低溫環(huán)境、堿性環(huán)境均有分布，在河流或湖泊的沉積物中出現(xiàn)的頻率要相對(duì)高于在土壤中的頻率。在土壤中，小單孢菌占放線菌總數(shù)一般不高于5%。約有30多種，是產(chǎn)生抗生素較多的一個(gè)屬。有的種還積累維生素B12。理化特性：不抗酸，好氣或微好氣。生長(zhǎng)溫度在10-45，無(wú)真正的氣生菌絲體，基內(nèi)菌絲發(fā)達(dá)，分枝，有隔，一般分解蛋白質(zhì)、淀粉以及纖維素、幾丁質(zhì)、木聚糖的能力強(qiáng)。少數(shù)的種可能致病。,菌種形態(tài)結(jié)構(gòu)：菌絲體纖細(xì)，直徑0.3-0.6微米，有分枝，不斷裂。只形成營(yíng)養(yǎng)菌絲（基質(zhì)絲），深入培養(yǎng)基內(nèi)，不形成氣生菌絲。孢子單生、無(wú)柄，或著生在或長(zhǎng)或短的孢子梗上，孢子梗時(shí)常分枝成簇。菌落小，直徑一般2-3微米，通常橙黃色或紅色，邊有深褐黑色、藍(lán)色，表面覆蓋一層粉沫狀的孢子。一般為好氣性腐生。目前，小單孢菌機(jī)內(nèi)菌屬顏色比較單調(diào)，基內(nèi)菌絲通常為淺黃橙至橙紅色，少數(shù)種褐色、栗色、紫褐色或藍(lán)綠色，孢子層通常為褐色至黑色粘液狀或蠟狀。菌種分類：約有30多種：MicromonosporahumiMicromonosporawenchangensis,代謝多樣性抗生素種類：氨基糖苷類、大環(huán)內(nèi)酯類、安莎類、蒽環(huán)類、多環(huán)占噸酮和醌類、寡糖類、肽類、放線菌素類,稀二炔類抗腫瘤抗生素其中慶大霉素、利福霉素、新霉素、紅霉素B和放線菌素D都已廣泛地應(yīng)用于臨床。多種抑制劑：-內(nèi)酰胺酶抑制劑、血管緊張素轉(zhuǎn)化酶(ACE)抑制劑、DNA抑制劑、環(huán)核苷酸二酯酶抑制劑、肌漿球蛋白輕鏈激酶抑制劑、肌漿球蛋白輕鏈激酶抑制劑、黑色素生物合成酶抑制劑、細(xì)菌酪氨酰tRNA合成酶抑制劑、脂過(guò)氧化酶抑制劑等。,擬諾卡氏菌,基本分布范圍：細(xì)菌域（Bacteria）、放線菌門（Actinobacteria）、放線菌綱（Actinobacteria）、放線菌亞綱（Actinobacteridae）、放線菌目（Actinobacterales）、鏈孢囊菌亞目(Streptosporangineae)，擬諾卡氏菌科(Nocardiopsaceae)中的一個(gè)屬擬諾卡氏菌屬。土壤，發(fā)霉的糧食，人和動(dòng)物飼料。理化特性：好養(yǎng)腐生中溫菌，營(yíng)養(yǎng)要求一般，不同種的菌落有黃、橙、紅或這些色素的混合色。,形態(tài)結(jié)構(gòu):基絲斷裂成球菌狀小體。氣絲斷裂成大小不同的節(jié)段。好氣。革蘭氏陽(yáng)性。不抗酸。基絲多分枝有橫隔，斷裂成球狀或桿狀，直徑0.5-0.8um。氣絲豐茂多分支，孢子絲直行、波曲或不規(guī)則的Z字形狀，斷裂成不同長(zhǎng)度的桿狀或橢圓形孢子，表面光滑。典型種：達(dá)松維爾擬諾卡氏菌(Nocardiopsisdassonvillei)。菌株種類(20)NocardiopsisaegyptiaNocardiopsistangguensisNocardiopsishalotolerans,代謝多樣性：略黃擬諾卡氏菌（Nocardiopsisflavidus）-蟻霉素（formycin）丁香擬諾卡氏菌-諾卡霉素(nocamycin)易變擬諾卡氏菌（Nocardiopsismutabilis）-多硝基菌素(polynitroxin),疣孢菌,分布范圍：疣孢菌(Verrucosispora)屬于放線菌目，小單孢菌科(Micromonosporaceae)。深海泥樣.理化特性：不抗酸，好樣中溫菌。形態(tài)結(jié)構(gòu)：基內(nèi)菌絲有橫隔、多分支。孢子單個(gè)，孢子表面隨生長(zhǎng)時(shí)間由疣狀變?yōu)榘l(fā)狀。無(wú)氣絲菌絲體。,菌種分類：VerrucosisporaqiuiaeVerrucosisporasediminisVerrucosisporamarisVerrucosisporaluteaVerrucosisporagifhornensis,代謝多樣性,抗菌化合物abyssomicinC抗腫瘤化合物proximicinsA-C雄激素拮抗劑gifhornenolonesA-B,中國(guó)科學(xué)院微生物所張立新實(shí)驗(yàn)室使用帶有綠色熒光蛋白（GFP）表達(dá)載體的牛型結(jié)核分支桿菌Mycobacteriumbovis減毒株bacillusCalmette-Gurin，即BCG菌株作為測(cè)試菌株，建立了BCG高通量篩選模型作為抗TB活性成分的篩選，該方法高效直觀且操作相對(duì)安全，為抗結(jié)核化合物的發(fā)現(xiàn)提供了快速通道。（2012-11-21）,4,MechanisticBasisofBranch-SiteSelectioninFilamentousBacteria,揭示鏈霉菌菌絲產(chǎn)生分支的機(jī)制,PLOSbiology，IF:11.4，2012-8,匯報(bào)大綱,Clicktofinish,研究背景,研究?jī)?nèi)容,結(jié)論,研究背景,鏈霉菌（Streptomyce）通常都生活在土壤中，依靠分解植物物質(zhì)而生存，而且它們是通過(guò)長(zhǎng)出一個(gè)菌絲分支網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)這點(diǎn)的。產(chǎn)生大量不同的酶從而能夠利用不同的物質(zhì)來(lái)源來(lái)促進(jìn)它們的代謝，而且它們也產(chǎn)生保護(hù)性化合物。這些化合物因能夠被用作抗生素和其他藥物而得到很好的研究，但是這種細(xì)菌實(shí)際上是如何生長(zhǎng)的，卻一直是一個(gè)謎。鏈霉菌產(chǎn)生大多數(shù)臨床上有用的抗生素，然而迄今為止，我們?nèi)匀贿€沒有完全理解它們是如何生長(zhǎng)的。相比于其他細(xì)菌物種，鏈霉菌菌絲分支生長(zhǎng)更加類似于真菌。它們的細(xì)胞從末端生長(zhǎng)，而不是常見的細(xì)菌生長(zhǎng)方式：細(xì)菌在細(xì)胞中間伸長(zhǎng)，然而很少有研究小組研究過(guò)這種類型的極性生長(zhǎng)。,研究?jī)?nèi)容,在此之前，Klas博士證實(shí)極性生長(zhǎng)依賴一種蛋白DivIVA：這種蛋白在生長(zhǎng)末端堆積并指導(dǎo)細(xì)胞壁合成。DivIVA積累到極點(diǎn)(focus)之中，而分支化就是從極點(diǎn)處開始啟動(dòng)的。分支位點(diǎn)是如何被選擇的和分支化(branching，即產(chǎn)生分支)是如何啟動(dòng)。在一項(xiàng)新研究中，AntjeHempel通過(guò)解決出這種鏈霉菌菌絲如何和為何產(chǎn)生分支而加深我們理解它們的生長(zhǎng)方式。Antje發(fā)現(xiàn)這些DivIVA極點(diǎn)并不是自動(dòng)形成的，而是當(dāng)生長(zhǎng)末端向外延伸時(shí)，從現(xiàn)存的極點(diǎn)上分裂下來(lái)的，并且位于細(xì)胞壁側(cè)面的后方。,研究?jī)?nèi)容,天藍(lán)色鏈霉菌菌株M600，M145，K112，30，菌絲體培養(yǎng)基。尼康Eclipse800顯微鏡，PixeraProES600相機(jī)，圖像通過(guò)Pixera軟件和Image進(jìn)行處理。菌株的菌絲生長(zhǎng)在1%瓊脂糖墊與含有蛋白抗生素的培養(yǎng)基上。底部用密封的25的lumoxbiofoil透氧膜，頂部用蓋玻片。在24至27培養(yǎng)，用蔡司顯微鏡觀察，用9100-02EM-CCD拍照，每6分鐘拍一次。,圖1.焦點(diǎn)分裂、增長(zhǎng)和分支的出現(xiàn)1,DivIVA用綠色熒光蛋白加以標(biāo)記。含有蛋白的焦點(diǎn)，以恒定的速度擴(kuò)展，12min后，DivIVA源焦點(diǎn)開始分裂，留下一個(gè)新的焦點(diǎn)（白色箭頭），隨著原點(diǎn)的不斷擴(kuò)展，新的焦點(diǎn)仍在原來(lái)的膜上生長(zhǎng)，約42分鐘后在新的焦點(diǎn)的位置形成一個(gè)新分支，兩個(gè)新的分支和原始的分支現(xiàn)在繼續(xù)擴(kuò)展長(zhǎng)度。,Figure3.Exampleofbranchingatalmostzerodistancefromthetip.,該模型表明，這是由于提示焦點(diǎn)分裂活動(dòng)（白色箭頭）,延時(shí)拍攝圖片顯示未來(lái)的分支位點(diǎn)是如何被標(biāo)記的。一個(gè)小的子極點(diǎn)從末端極點(diǎn)上分裂下來(lái)，且位于細(xì)胞壁側(cè)面的后方，隨后它的大小持續(xù)增加，最終導(dǎo)致一個(gè)新的分支產(chǎn)生。,隨后，Antje與約翰英納斯中心生物學(xué)者DavidRichards和MartinHoward合作而構(gòu)建出這種系統(tǒng)如何工作的數(shù)學(xué)模型。一個(gè)小的子極點(diǎn)從末端極點(diǎn)上分裂下來(lái)，且位于細(xì)胞壁側(cè)面的后方，隨后它的大小持續(xù)增加，最終導(dǎo)致一個(gè)新的分支產(chǎn)生。極點(diǎn)能夠分裂并產(chǎn)生子極點(diǎn)(daughterfocus)，其中子極點(diǎn)通常大約為原始極點(diǎn)大小的10%。子極點(diǎn)的大小持續(xù)增加，直到它達(dá)到一個(gè)臨界值時(shí)，它就能夠觸發(fā)鏈霉菌菌絲產(chǎn)生一個(gè)新的分支。,結(jié)論,結(jié)論,末端到分支的距離是由子極點(diǎn)達(dá)到臨界值時(shí)所花費(fèi)的時(shí)間所決定的，而分支的數(shù)量依賴于極點(diǎn)分裂的次數(shù)。Antje在實(shí)驗(yàn)中努力測(cè)量這些因素，從而證實(shí)了這個(gè)數(shù)學(xué)模型所預(yù)測(cè)的結(jié)果。這個(gè)模型也能預(yù)測(cè)罕見的事件發(fā)生，即末端極點(diǎn)分裂為兩個(gè)大小幾乎相同的子極點(diǎn)，這兩個(gè)子極點(diǎn)足夠大而能夠觸發(fā)鏈霉菌菌絲立即產(chǎn)生分支。在實(shí)驗(yàn)中，研究人員也精準(zhǔn)地觀察到這種分裂，從而直接在生長(zhǎng)末端產(chǎn)生分支，進(jìn)而證實(shí)該模型的預(yù)測(cè)結(jié)果。這種模型也解釋了新的分支