具有海洋微生物藥物特色的實踐教學探究

周麗曼 朱俊向 孔凡棟 邱子言 王聰

摘要： 海洋微生物是新型藥物活性化合物發現的重要源泉。廣西北部灣地處熱帶和亞熱帶，地理位置特殊，能夠產生具有獨特功效的次生代謝產物。目前對廣西北部灣微生物資源來源的化學分子研究甚少，針對該資源豐富但尚待開發的領域進行研究，發展藍色經濟，創造海上廣西，具有非常重要的意義。對海洋微生物藥物進行實踐探究，具有典型的海洋特色，充分利用當地資源，擦亮廣西新名片。

關鍵詞：海洋微生物;實踐探究;海洋微生物藥物

海洋來源的微生物由于受到獨特環境的影響，在其進化的過程中逐漸產生了獨特的生理結構與代謝系統，通過微生物自身代謝產生積累了許多具有獨特生物活性與化學結構的次生代謝產物[1]。廣西北部灣海洋微生物資源豐富，具有發現新活性化合物的巨大潛力[2]。目前對于海洋微生物的研究也只停留在菌株鑒定等生物學方面研究，并沒有對化學成分進行深入研究[2]。我們課題組通過以“實踐與教學結合”為特色，組織學生進行畢業設計等相關實驗，逐漸形成了以下教學探究模式：

一、實踐教學探究

通過海洋微生物藥物化學的實踐教學模塊，學生可以掌握海洋微生物次級代謝產物的成分研究以及初步作用機制。

二、具體實踐教學方案

2.1 充分利用當地資源

廣西海岸線綿長，我們應該充分利用本地的海洋資源，從中分離獲得更多的海洋土著微生物。

2.2 化合物的分離與鑒定

對菌株的發酵浸膏進行活性測試，通過活性追蹤尋找目標化合物。采用通過核磁、質譜、X-ray等方法確定化合物的結構。

2.3 化合物活性評價與作用機制初探

對分離得到的化合物進行活性測試，例如抗糖尿病活性，PTP1B是應用最經典的靶點蛋白之一，PTP1B抑制劑作為潛在的藥物靶點，引起了眾多國內外藥物學家的關注。很有必要發現結構新穎、選擇性好的天然PTPlB抑制劑，為新一代抗糖尿病藥物研發提供分子模板。

三、實踐教學特點

3.1 海洋特色

現在廣西高度重視海洋資源開發和應用，我們應該把握住這個大好機會，充分利用本地資源，把開發海洋微生物資源作為重要的戰略方向， 是一項挖掘海洋藥物先導化合物的大事業。

3.2 創新性

對廣西海洋微生物的次級代謝產物進行化合物的分離和化合物作用機制的研究，很有創新性，我們課題組前期對其進行了研究，效果顯著。

四、實踐教學探究結果

4.1 化合物活性機制初步探討

我們課題組前期對抗PTP1B活性的大環內酯類化合物oxohygrolidin進行了研究，通過靶點垂釣的方法，發現該化合物可抑制PKC、PTP1B、COX2、HMGCoA。為了進一步探索化合物oxohygrolidin對PTP1B的抑制機制，將oxohygrolidin與PTP1B催化位點及變構位點進行分子對接。Oxohygrolidin（ID：101421469）從Pubchem數據庫（https：//pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/）下載，PTP1B（PDB：1T49）從RCSB數據庫（https：//www.rcsb.org/）下載，均通過AutoDockTools生成PDBQT格式文件。通過AutoDock Vina來進行分子對接，分別以催化位點殘基Cys215和變構位點殘基Phe280為中心設定對接區域，對接盒子大小為20 × 20 × 20 ?3。對接構象的搜索數量設為20，結果按對接能從低到高排序。結果表明，Oxohygrolidin在PTP1B催化位點的對接能為?7.0 kcal/mol，主要與殘基Gly183、Gln262和Gln266形成氫鍵;而在變構位點的對接能為?7.3 kcal/mol，說明化合物Oxohygrolidin優先結合在PTP1B的變構位點，此時與殘基Asn193和Arg199存在氫鍵相互作用（圖1）。

4.2 學生能力提高

經過實踐教學探究，我們課題組的學生在大學生項目比賽中取得了優異的成績。指導兩名學生榮獲廣西民族大學第八屆“挑戰杯”大學生課外學術科技作品競賽一等獎和三等獎。指導學生完成兩項國家級大學生創新創業計劃項目，指導兩名學生榮獲省級優秀畢業論文。通過文獻調研，提高了學生檢索文獻和寫作能力，文章發表在SCI和核心期刊等雜志上[3-5]。

4.3 教學實踐基礎豐富

本課題組前期主持省級教改項目1項，主持完成校級教改項目1項，參與校級教改項目1項，發表相關教學研究成果[6-10]。

五、結語

以廣西北部灣來源的海洋微生物為研究對象，通過教學實踐探究，學生不僅掌握了海洋微生物藥物的前沿知識，也掌握了實驗操作技術，同時也鍛煉了學生文獻檢索和寫作能力。

參考文獻：

[1] Liman Zhou， Fandong Kong， Qingyi Xie， Qingyun Ma， Zhong Hu， Youxing Zhao， Duqiang Luo. Divergolides T-W with apoptosis-Inducing activity from the mangrove-derived?actinomycete Streptomyces?sp. KFD18[J]. Marine Drugs， 2019， 17（4）： 219.

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[7] 王聰. 藥物分析教學改革心得. 廣州化工[J]，2019， 47（13）： 211～213.

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[9] 王聰. 基于B-Learing的《藥物分析》教學設計研究[J]. 文存閱刊，2020， 42： 101～101.

[10] 王聰，杜方凱. 留學生藥物分析課程教學改革探索[J]. 產業與科技論壇，2021， 20（8）： 203～204.

廣西民族大學化學化工學院

青島農業大學食品科學與工程學院