具有海洋藥物特色的實踐教學設計探索

□王 聰 孔凡棟 周麗曼

海洋微生物來源的化合物因其結構多樣性和活性廣泛性受到海洋藥物專家學者的廣泛關注[1～2]。海洋微生物來源的天然產物作為藥物先導化合物的重要來源，是尋找新型藥物的重要方向。北部灣海洋微生物資源豐富，對其進行研究，可以發現新的活性化合物[3～4]。目前對于海洋微生物的研究也只停留在菌株的分離、鑒定和活性篩選上，并沒有對該菌株進行深入的研究[5～6]。學校海洋藥物課題組多次參加海洋藥物教會議，以“理論與實踐結合、培養能力、鼓勵創新”為實踐教學設計與研究的總體目標，通過兩年的探索實踐，組織學生做實驗，畢業答辯以及參加大賽等形式，初步形成了以下研究模式：

一、實踐教學設計

通過海洋微生物藥物化學實踐教學(包含本科畢業設計與大賽)，使藥學專業學生在學習海洋微生物來源的分離以及化學成分的實驗原理與方法的同時，掌握海洋微生物的分離流程以及化學成分的檢測，為后期海洋微生物活性次級代謝產物的分離、結構修飾與構效關系研究奠定基礎。

二、具體實踐教學方案

(一)采集樣品。廣西北部灣地處熱帶和亞熱帶，蘊含著豐富的微生物資源，從中尋找抗菌和抗腫瘤活性化合物具有非常大的潛力。采集廣西北部灣沿海地區的植物、動物及海泥等樣品，對其進行研究，具有非常重要的意義。課題組采集了廣西北部灣來源的海泥和植物等海洋樣品。

(二)分離及保藏北部灣來源微生物菌株。對所采樣品進行微生物(真菌及放線菌)分離，純化，對菌株進行發酵，排重(形態排重和化學排重)及保藏，得到菌株資源，對獲得菌株進行保藏[7～8]。如化學排重，采用薄層色譜將菌株進行TLC檢測，根據化學特征進行排重，采用常用的顯色劑和生物堿顯色劑等顯色，檢測次級代謝產物的化學成分。可以很好激發學生的學習積極性、主動性和創新能力。

(三)篩選。對所得菌株進行不同培養條件(培養方式，培養基等)的小規模發酵培養，通過有機溶劑萃取得到其次生代謝產物粗提物，通過化學(TLC和HPLC-UV-MS)與生物學(抗腫瘤、抗菌活性模型)相結合的方法，篩選得到代謝產物同時具有化學多樣性及生物活性的潛力菌株，作為研究對象。優化發酵條件，確定最優發酵條件。

(四)活性物質的分離和結構鑒定。在最佳發酵條件下對菌株進行規模化發酵，獲得粗提物。采用生物活性和現代色譜技術相結合的方法進行活性成分的分離，綜合采用通過色譜分離、波譜解析、化學衍生和ECD計算等手段對化合物進行結構鑒定。對主產單一產物的菌株進行發酵優化，得到的量大化合物進行結構修飾和合成，并對其作用機制進行研究，并對其產業化的可能進行考量。

(五)化合物系統活性評價。對結構確定的化合物進行生物活性測試，對所得系列化合物的構效關系進行探討，評價其成為抗菌活抗腫瘤藥物的可能。

三、實踐教學特點

(一)特色性。廣西北部灣海洋來源的微生物目前尚處于待開發狀態，廣西海洋產業支持海洋資源開發及綜合利用。開展海洋微生物等資源開發與利用，采集廣西北部灣的海洋資源，充分開發利用和把握好廣西北部灣海域豐富的海洋資源，很具有特色性。

(二)創新性。采用基礎實驗、綜合實驗等學習海洋微生物次級代謝產物的分離流程，給學生提供一個平臺，學生根據自己的想法去分離海洋微生物，充分激發了學生的積極性和主動性，也真正實現了創新性。每個學生的想法不同，有可能分離到真正的土著海洋微生物。只有海洋土著菌才能產生具有顯著生物活性的新穎化合物，也就是大家所追尋的天才菌株。

(三)前沿性。課題組也會結合海洋藥物專業的特色，通過實踐教學并結合了海洋藥物專家學術講座、Seminar、學術會議以及大學生比賽等多個不同角度，通過搜集最新海洋藥物文獻，加強學生查找文獻的能力，讓學生真正體會到時代前言的海洋藥物知識，可能對將來海洋藥物的產業化發展起到非常重要的作用。

(四)探索性。結合海洋藥物專業特色，通過本科畢業設計，大學生創新創業項目的申報和大賽，教學實踐與科研項目相結合。例如以課題廣西北部灣來源抗菌活性海洋微生物的篩選與研究為例,根據此內容可以設計四項畢業實踐內容,例如“廣西北部灣來源抗菌活性海洋放線菌的篩選”,“廣西北部灣來源抗菌活性海洋真菌的篩選”,“廣西北部灣來源抗菌活性海洋放線菌的活性成分研究”,“廣西北部灣來源抗菌活性海洋真菌的活性成分研究”,根據這四個延伸出來的課題，安排4名本科畢業生對其進行研究,對文獻進行調研,根據文獻的調研情況，可以發表相關的2～3篇科研論文[9～11],這樣可以培養學生的搜檢索文獻的能力和寫作能力。

四、實踐教學結果分析

(一)充分利用廣西北部灣海洋資源。廣西北部灣海洋微生物資源豐富，對其進行研究，可以發現新活性化合物。課題組從廣西北部灣來源的海域樣品中分離得到72株真菌，篩選得到具有抗香蕉枯萎病、金黃色葡萄球菌和白色念珠菌等活性的菌株15株。利用化學與生物活性相結合的集成篩選方法，開展了海洋真菌的抗菌活性篩選及其活性代謝產物的研究。采用OSMA策略對來自廣西北部灣海域沉積物來源的Penicillium sp.H1的次級代謝產物進行了研究，分離得到了1個新的二萜類化合物[4]。對廣西北部灣來源的海域樣品中進行海洋放線菌的分離，從中分離73株放線菌，篩選得到具有抑金黃色葡萄球菌和香蕉枯萎病活性的菌株7株，抗PTP1B活性的菌株1株。利用OSMAC策略，誘導沉默基因的表達，開展了海洋放線菌次級代謝產物的研究。對抗PTP1B活性的放線菌Streptomyces sp. MDW-06的次級代謝產物進行了研究，從中分離了1個新的聚酮類化合物[3]。

(二)培養學生綜合能力。經過實踐教育，學生在各級教學實踐活動中取得了優秀的成績。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二等獎、三等獎，兩名學生榮獲校級優秀論文一等獎、二等獎。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。經過學生的努力，文章發表在中草藥，天然產物研究與開發等雜志上[3～4]。

(三)具有教學改革基礎。課題組前期主持完成校級教改項目1項，主持在研省級教改項目1項，發表了相關的教學研究成果[12～16]，為此項目奠定了基礎。

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，不僅可以讓學生掌握了海洋微生物次級代謝產物的研究方法，也讓學生們感受廣西北部灣海洋資源的優勢，培養了學生獨立思考等綜合能力，提高了學生解決問題的能力。通過教學實踐，為海洋藥物化學的教學實踐提供借鑒。