納米抗菌材料在真菌菌株選育中的應用

【摘要】在微生物活性次級代謝產物的研究中，總會面對大量不能代謝生成目標產物或代謝能力低下的菌株。我們在近年的研究中發現納米抗菌材料應用于真菌菌株的選育時，可以對前述問題進行改善。本文簡要歸納納米抗菌材料的研究進展及其在菌株選育中的應用。

【關鍵詞】納米抗菌材料；微生物；真菌；菌株選育

微生物的代謝產物為人類的生產生活作出了巨大貢獻。然而，從自然界直接分離得到的微生物菌株往往因代謝產物產量極其低下或者有許多潛在的沉默基因未被激活而不能滿足實際應用的需要。目前基于分子水平或基因水平對微生物菌株進行的改造選育是研究的熱點，然而一些新興的簡便育種方法（如：核糖體工程技術育種等）也日益顯示其優勢。納米抗菌材料（納米顆粒）運用于真菌菌株選育是本課題組近年來一直研究的重要課題。本文以簡單納米抗菌材料為對象，結合其可能的抗菌機制，為納米抗菌材料在真菌菌株選育中的運用提供理論支撐。

由于真菌次生代謝產物合成通路調節方式的復雜性以及現階段研究對真菌生理過程認識不足，還不能夠做到理性地激活真菌細胞內的次級代謝產物合成，在不改變次生代謝產物表達載體的條件下，可嘗試通過篩選次生代謝合成誘導物或誘變育種的方法來實現對其次級代謝功能的改造。不同納米抗菌材料對真菌有一定的殺滅作用，并且其作用機制不同。我們注意到可作為化學誘變劑的材料（如堿基類似物、烷化劑、移碼誘變劑等）主要是通過替代DNA中的正常堿基、對DNA中堿基的氧化等對微生物進行誘變。近年來研究的“核糖體工程技術”在菌株選育中的應用也主要是通過作用于核糖體的抗生素對菌株進行抗性篩選。鑒于此，我們在分析納米抗菌材料抗菌機制的基礎上，設計了基于納米抗菌材料（具有抗菌作用的納米顆粒）的菌株篩選方法。課題組在前期的研究中，從世界硒礦床所在地的湖北恩施漁塘壩采集的樣品中分離得到了大量無活性菌株（即樣品濃度在10mg/mL時依然對所選擇的人肺癌細胞A549、白血病細胞K562的增值抑制活性小于5%），我們從中選取了菌株YTB-108并運用我們所設計的實驗方法用具有抗菌作用的納米顆粒進行了誘變，共得到突變株52株，樣品濃度為100μg/mL時，經細胞活性篩選，18突變株對A549的增值抑制活性大于40%，21株突變株對K562細胞的增值活性大于40%。同時，我們還對從分離自硒礦床的微生物產生硒代蛋氨酸的能力進行了分析，目前正在運用具有抗菌作用的納米顆粒對具有產硒代蛋氨酸能力（100μg/L）的菌株YTB-19進行誘變，以期能提高其產硒蛋白的能力。

我們的研究已證實納米粒產生的活性氧自由基可以對微生物的次級代謝產生顯著影響。其主要理論依據可能是由于我選用的是具有產活性氧自由基的抗菌納米顆粒。活性氧自由基是指一類具有較強化學活性的氧或者含氧基團，生物體內的活性氧主要包括超氧陰離子、過氧化氫以及羥基自由基等。真菌細胞內產生的活性氧在真菌生長發育中扮演著重要角色，已有研究表明超氧陰離子與過氧化氫由于自身的相對穩定性，擴散半徑相對較遠，可以作為生物體內或體外的信號分子；而羥自由基具有較強的氧化能力，不穩定，能夠對生物體內或體外的多糖、蛋白質、脂肪酸以及核酸造成不同程度的破壞，可引起細胞內或細胞外損傷，使細胞內DNA斷裂，堿基缺失等。同時，納米顆粒具有體積小、比表面積大和曲率大的特點，同等條件下暴露在外面的原子相對較多，納米粒子表面產生不連續的晶面，導致結構缺陷增加并破壞原本的電子形態和電子屬性，從而構成一個可以作為活性中心的特殊表面，產生活性氧自由基，并且納米顆粒尺度較小，極易進入細胞。

抗菌納米顆粒的抗菌機制較多，運用不同的抗菌納米顆粒對微生物進行誘變篩選其作用機制是不一樣的，相關的作用機制需要后續的大量研究來予以證實。

參考文獻

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作者簡介：劉磊（1981.09—），男，漢族，湖北宜昌人，學士，講師，研究方向：學生思想政治教育工作。