基于代謝組學(xué)的海洋徽生物隱蔽天然產(chǎn)物研

摘 ?要：就新型藥物先導(dǎo)化合物而言，微生物次級(jí)代謝產(chǎn)物一直都是其中不可忽視的重要部分。但就目前常見的天然產(chǎn)物分離研究可知，研究正面臨著兩個(gè)嚴(yán)峻的問題，分別是：常規(guī)培養(yǎng)條件下次級(jí)代謝生物合成基因簇的沉默現(xiàn)象阻礙了資源庫的高效挖掘與已經(jīng)知道的化合物重復(fù)分離現(xiàn)象。這類問題的存在均將造成實(shí)驗(yàn)精力與資源的浪費(fèi)。基于此，本文將通過對(duì)基于代謝組學(xué)的海洋微生物隱蔽天然產(chǎn)物研究，實(shí)現(xiàn)對(duì)常規(guī)培養(yǎng)條件下微生物隱蔽活動(dòng)天然產(chǎn)物的高效篩選。

關(guān)鍵詞：代謝組學(xué);海洋微生物;隱蔽天然產(chǎn)物

引言：

作為新型藥物先導(dǎo)化合物中的重要資源庫。所謂次級(jí)代謝產(chǎn)物，其通常指的是一些低分子量的有機(jī)化合物，與初級(jí)代謝產(chǎn)物不同，次級(jí)代謝產(chǎn)物自身并不能直接參與分泌菌株的生長以及發(fā)育過程。截止到2014年我國天然產(chǎn)物化學(xué)家已經(jīng)在海洋與陸地生物中分離了一萬七千個(gè)天然產(chǎn)物。但不可否認(rèn)常規(guī)天然產(chǎn)物分離研究仍面著很多嚴(yán)峻的問題。再加上微生物次級(jí)代謝產(chǎn)物結(jié)構(gòu)有著復(fù)雜化與多樣化等特點(diǎn)，而代謝組學(xué)法又可對(duì)微生物整體次級(jí)代謝組輪廓進(jìn)行描述，具有極大的跟蹤價(jià)值。因此，必須加大對(duì)基于代謝組學(xué)該方面內(nèi)容的研究，進(jìn)而為我國藥物基礎(chǔ)研究創(chuàng)造出現(xiàn)全新的道路。

1.微生物沉默基因簇激活方法研究進(jìn)展

因基因組學(xué)研究揭示了微生物成膜生物合成基因簇所編碼的次級(jí)代謝產(chǎn)物估計(jì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了當(dāng)前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的產(chǎn)物數(shù)量，所以采用怎樣的方式讓其高效的表達(dá)出相應(yīng)的代謝產(chǎn)物隨之成為了天然產(chǎn)物研究的一個(gè)熱點(diǎn)領(lǐng)域。當(dāng)前，已經(jīng)報(bào)道的激活沉默基因簇激活技術(shù)方法主要有：（1）通過對(duì)微生物培養(yǎng)條件的改變，實(shí)施生長脅迫與外源誘導(dǎo)因子的添加。在早期的微生物天然產(chǎn)物研究中，研究人員就已經(jīng)知道培養(yǎng)參數(shù)條件會(huì)對(duì)次級(jí)代謝產(chǎn)物的產(chǎn)量造成影響。即使是一點(diǎn)點(diǎn)的改變都會(huì)對(duì)某一單一產(chǎn)物產(chǎn)量造成影響，嚴(yán)重的話還會(huì)對(duì)這一生物菌株整個(gè)次級(jí)代謝組造成影響。據(jù)研究證明可知，在不同的環(huán)境下，微生物可產(chǎn)生不同的轉(zhuǎn)錄組，蛋白質(zhì)組以及代謝組。即：只要有任何一步生物合成途徑在轉(zhuǎn)錄水平等方面被影響，均有可能對(duì)導(dǎo)致新代謝產(chǎn)物的滋生。（2）菌種間交流的菌株共培養(yǎng)方法。現(xiàn)階段已經(jīng)有很多研究報(bào)道指出微生物合成分泌的活性次級(jí)代謝產(chǎn)物生態(tài)角色和微生物競(jìng)爭(zhēng)有限空間有關(guān)。微生物之間的相互競(jìng)爭(zhēng)主要可表現(xiàn)在通過產(chǎn)生次級(jí)代謝產(chǎn)物來抑制其他微生物的生長。因此，通過對(duì)不同微生物的混合培養(yǎng)，讓其產(chǎn)生相互競(jìng)爭(zhēng)與抑制，進(jìn)而就可以誘導(dǎo)出產(chǎn)生之前單獨(dú)培養(yǎng)沒有合成的次級(jí)代謝產(chǎn)物。（3）基因組信息學(xué)的基因調(diào)控法。微生物通常需要通過復(fù)雜而又龐大的調(diào)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)次級(jí)代謝產(chǎn)物生物的合成。全局性與多效性等作為調(diào)控系統(tǒng)所包含的主要基因。正是因?yàn)榫邆溥@一特點(diǎn)，所以生物合成基因簇不但只有合成基因，而且還有非常關(guān)鍵的調(diào)控基因。由于調(diào)控基因過量表達(dá)會(huì)對(duì)次級(jí)代謝產(chǎn)物分泌帶來一定影響，所以必須重視調(diào)控因子表達(dá)的增加，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)基因簇表達(dá)的激活。

2.微生物天然產(chǎn)物領(lǐng)域的代謝組學(xué)策略應(yīng)用

代謝組作為對(duì)某一個(gè)單一生物體內(nèi)所有代謝物進(jìn)行定性與定量分析的方式，代謝組學(xué)在該過程中的應(yīng)用不僅有助于研究者對(duì)代謝途徑與其變化的深入了解，而且在篩選微生物源活性物質(zhì)上有著十分重要的作用。微生物天然產(chǎn)物領(lǐng)域的代謝組學(xué)策略應(yīng)用具體可從以下兩個(gè)方面進(jìn)行：一方面，建立微生物次級(jí)代謝代謝組學(xué)分析平臺(tái)。基于化學(xué)分析技術(shù)的代謝組學(xué)方法在微生物次級(jí)代謝組化學(xué)篩選及對(duì)比應(yīng)用上，可迅速揭示一系列代謝組建的成分差異。當(dāng)前，應(yīng)用于尋找新活性次級(jí)代謝產(chǎn)物的代謝組學(xué)分析步驟大致可體現(xiàn)：首先，對(duì)微生物次級(jí)代謝浸膏同時(shí)進(jìn)行化學(xué)分析與活性測(cè)定。其次，應(yīng)用化學(xué)計(jì)量學(xué)分析手段將各個(gè)次級(jí)代謝組的成分分析和活性測(cè)定結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，揭示各個(gè)次級(jí)代謝組間存在的差異。最后利用天然產(chǎn)物分離技術(shù)對(duì)分離得到信息進(jìn)行追蹤，進(jìn)而得到靶標(biāo)分析。另一方面，代謝物的檢測(cè)與鑒定。當(dāng)前，微生物次級(jí)代謝組學(xué)分析平臺(tái)最常用的兩種檢測(cè)方式莫過于核磁共振波譜與質(zhì)譜。核磁共振波譜優(yōu)點(diǎn)在于適用于生物次級(jí)代謝產(chǎn)物組較快，可解釋目標(biāo)化合物結(jié)構(gòu)特征。而質(zhì)譜優(yōu)點(diǎn)主要在于靈明度高、選擇性高等方面。

結(jié)束語：

總而言之，當(dāng)前的微生物天然產(chǎn)物分離過程中已經(jīng)知道的化合物重復(fù)分離現(xiàn)象逐漸變得越發(fā)嚴(yán)重。為有效避免這一問題，為我國藥物基礎(chǔ)研究創(chuàng)造新的道路，在海洋微生物隱蔽天然產(chǎn)物研究中，必須重視代謝組學(xué)在其中的深入。

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作者簡(jiǎn)介：王志紅（1966年7月—）女，漢族，山東省濰坊市，理學(xué)學(xué)士，山東畜牧獸醫(yī)職業(yè)學(xué)院副教授。研究方向：生物化學(xué)，化學(xué)。