芽孢桿菌抗菌物質探索方法研究

趙鑫

隨著病原菌對抗生素耐藥性的嚴重增加，許多常規抗生素面臨藥效降低或者失效的問題，以至于對全民的衛生保健甚至生命安全造成威脅。此外，還會導致食品安全和農作物病害問題。目前，病原菌的生物控制方法發展迅速，其中由細菌產生的一些抗菌物質已成功地用于食品，醫藥和農業領域。芽孢桿菌是一種革蘭氏陽性桿菌，具有分泌抑制病原菌的各種次級代謝物的潛力，下面對其抗菌物質的探索方法進行綜述。

傳統的微生物學分離和篩選技術

大多數已知的抗菌物質都是使用傳統的微生物學分離和篩選技術發現的。其中包括一些高分子量蛋白類的抗菌物質，而且還有低分子量的抗菌肽，在植物病害生物防治中具有巨大的應用潛力。

該方式鑒定的化合物的優點是檢測菌為野生型，在標準實驗室條件下建立了分離方法并有一定的活性，不同于需誘導才能表達的“沉默”物質。鑒定，純化和表征抗菌物質的性質是必要的。通常采用質譜等技術對產生的物質分子質量進行檢測。該技術的另一優點是微生物培養方便快捷，抑菌具有可見性。該技術的主要缺點是要求廣泛的篩選來源，并且僅適用于在實驗室條件下可以表達的產物。由于許多物質具有相對窄的抑菌譜，篩選期間抗菌活性檢測具有十分重要的作用，指示菌的挑選十分關鍵。

基因組探測技術

隨著基因組學和測序技術的發展，使得利用基因組信息對抗菌物質基因進行快速鑒定和預測成為可能，同時增大了發現新物質的機會。該技術不僅可以對抗菌物質本身進行預測和鑒定，還可以鑒定抗菌物質生物合成的基因簇。目前研究者已經創建了各種強大的基因組探測工具和廣泛的數據庫，如自動基因組探測，預測和鑒定工具，即BAGEL3 （http：//bagel.molgenrug.nl）和antiSMASH （http：//antismash.secondarymetabolites.org）。

該技術的優點之一是可以揭示大量各種已知的或未知的，活性的或沉默的基因編碼的抗菌化合物的基因簇。這一技術的另一優點后續分析發現許多潛在但以前沒有報道生產抗菌物質的菌株，并為潛在生產者進行測序提供參考。這種技術存在的挑戰在于一些預測得到的新基因簇，經過多次人工篩選鑒定后，有可能編碼新抗菌物質，結合傳統分離技術進一步實驗驗證。

基因工程技術

目前基因工程技術廣泛應用于抗菌肽的開發中主要表現在核糖體合成途徑的基因編碼的細菌素上。因為細菌素由基因直接編碼，通常比經典抗生素更適合于工程改造。以羊毛硫抗生素為例，許多科學家通過定點誘變和隨機誘變等形式利用基因工程對其改造。通過對融合在羊毛硫抗生素中發現的不同修飾進行合理設計，得到一些具有新結構物質，為獲得大量不同結構和活性的抗菌物質開辟了新的途徑。

面臨嚴峻的抗生素耐藥性危機，科學家已經將注意力集中在通過生物工程構建新的抗菌化合物，目的是獲得具有目的性的的抗菌作用機制的物質。該技術的優點是具有相對高的產物產率和容易操作的下游加工步驟。該方法還可以使得能夠設計具有改善活性的新肽。合理利用結構與功能關系來設計基因工程抗菌物質大大的增加了生產新的抗菌物質的可能性，其中具有影響抗菌活性的化合物的結構特征包括凈電荷，分子大小和結構測定。因此可以從以上特征入手進行改造。此外，結合基因組探測技術可以將檢測到的沉默的細菌素基因簇通過基因工程策略實現表達和生產。

結論與展望

本文闡述了用于發現芽孢桿菌的新型抗菌物質的不同技術的優缺點，各種技術方法可以綜合利用為后續食品安全和生物防治領域抗菌物質的發掘提供了理論依據和新的思路。endprint