具有海洋藥物特色的實(shí)踐教學(xué)設(shè)計(jì)探索

□王 聰 孔凡棟 周麗曼

海洋微生物來源的化合物因其結(jié)構(gòu)多樣性和活性廣泛性受到海洋藥物專家學(xué)者的廣泛關(guān)注[1～2]。海洋微生物來源的天然產(chǎn)物作為藥物先導(dǎo)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(duì)其進(jìn)行研究，可以發(fā)現(xiàn)新的活性化合物[3～4]。目前對(duì)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(duì)該菌株進(jìn)行深入的研究[5～6]。學(xué)校海洋藥物課題組多次參加海洋藥物教會(huì)議，以“理論與實(shí)踐結(jié)合、培養(yǎng)能力、鼓勵(lì)創(chuàng)新”為實(shí)踐教學(xué)設(shè)計(jì)與研究的總體目標(biāo)，通過兩年的探索實(shí)踐，組織學(xué)生做實(shí)驗(yàn)，畢業(yè)答辯以及參加大賽等形式，初步形成了以下研究模式：

一、實(shí)踐教學(xué)設(shè)計(jì)

通過海洋微生物藥物化學(xué)實(shí)踐教學(xué)(包含本科畢業(yè)設(shè)計(jì)與大賽)，使藥學(xué)專業(yè)學(xué)生在學(xué)習(xí)海洋微生物來源的分離以及化學(xué)成分的實(shí)驗(yàn)原理與方法的同時(shí)，掌握海洋微生物的分離流程以及化學(xué)成分的檢測(cè)，為后期海洋微生物活性次級(jí)代謝產(chǎn)物的分離、結(jié)構(gòu)修飾與構(gòu)效關(guān)系研究奠定基礎(chǔ)。

二、具體實(shí)踐教學(xué)方案

(一)采集樣品。廣西北部灣地處熱帶和亞熱帶，蘊(yùn)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(qū)的植物、動(dòng)物及海泥等樣品，對(duì)其進(jìn)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(duì)所采樣品進(jìn)行微生物(真菌及放線菌)分離，純化，對(duì)菌株進(jìn)行發(fā)酵，排重(形態(tài)排重和化學(xué)排重)及保藏，得到菌株資源，對(duì)獲得菌株進(jìn)行保藏[7～8]。如化學(xué)排重，采用薄層色譜將菌株進(jìn)行TLC檢測(cè)，根據(jù)化學(xué)特征進(jìn)行排重，采用常用的顯色劑和生物堿顯色劑等顯色，檢測(cè)次級(jí)代謝產(chǎn)物的化學(xué)成分。可以很好激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、主動(dòng)性和創(chuàng)新能力。

(三)篩選。對(duì)所得菌株進(jìn)行不同培養(yǎng)條件(培養(yǎng)方式，培養(yǎng)基等)的小規(guī)模發(fā)酵培養(yǎng)，通過有機(jī)溶劑萃取得到其次生代謝產(chǎn)物粗提物，通過化學(xué)(TLC和HPLC-UV-MS)與生物學(xué)(抗腫瘤、抗菌活性模型)相結(jié)合的方法，篩選得到代謝產(chǎn)物同時(shí)具有化學(xué)多樣性及生物活性的潛力菌株，作為研究對(duì)象。優(yōu)化發(fā)酵條件，確定最優(yōu)發(fā)酵條件。

(四)活性物質(zhì)的分離和結(jié)構(gòu)鑒定。在最佳發(fā)酵條件下對(duì)菌株進(jìn)行規(guī)模化發(fā)酵，獲得粗提物。采用生物活性和現(xiàn)代色譜技術(shù)相結(jié)合的方法進(jìn)行活性成分的分離，綜合采用通過色譜分離、波譜解析、化學(xué)衍生和ECD計(jì)算等手段對(duì)化合物進(jìn)行結(jié)構(gòu)鑒定。對(duì)主產(chǎn)單一產(chǎn)物的菌株進(jìn)行發(fā)酵優(yōu)化，得到的量大化合物進(jìn)行結(jié)構(gòu)修飾和合成，并對(duì)其作用機(jī)制進(jìn)行研究，并對(duì)其產(chǎn)業(yè)化的可能進(jìn)行考量。

(五)化合物系統(tǒng)活性評(píng)價(jià)。對(duì)結(jié)構(gòu)確定的化合物進(jìn)行生物活性測(cè)試，對(duì)所得系列化合物的構(gòu)效關(guān)系進(jìn)行探討，評(píng)價(jià)其成為抗菌活抗腫瘤藥物的可能。

三、實(shí)踐教學(xué)特點(diǎn)

(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(fā)狀態(tài)，廣西海洋產(chǎn)業(yè)支持海洋資源開發(fā)及綜合利用。開展海洋微生物等資源開發(fā)與利用，采集廣西北部灣的海洋資源，充分開發(fā)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(chuàng)新性。采用基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、綜合實(shí)驗(yàn)等學(xué)習(xí)海洋微生物次級(jí)代謝產(chǎn)物的分離流程，給學(xué)生提供一個(gè)平臺(tái)，學(xué)生根據(jù)自己的想法去分離海洋微生物，充分激發(fā)了學(xué)生的積極性和主動(dòng)性，也真正實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)新性。每個(gè)學(xué)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(chǎn)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(huì)結(jié)合海洋藥物專業(yè)的特色，通過實(shí)踐教學(xué)并結(jié)合了海洋藥物專家學(xué)術(shù)講座、Seminar、學(xué)術(shù)會(huì)議以及大學(xué)生比賽等多個(gè)不同角度，通過搜集最新海洋藥物文獻(xiàn)，加強(qiáng)學(xué)生查找文獻(xiàn)的能力，讓學(xué)生真正體會(huì)到時(shí)代前言的海洋藥物知識(shí)，可能對(duì)將來海洋藥物的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展起到非常重要的作用。

(四)探索性。結(jié)合海洋藥物專業(yè)特色，通過本科畢業(yè)設(shè)計(jì)，大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目的申報(bào)和大賽，教學(xué)實(shí)踐與科研項(xiàng)目相結(jié)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(jù)此內(nèi)容可以設(shè)計(jì)四項(xiàng)畢業(yè)實(shí)踐內(nèi)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(jù)這四個(gè)延伸出來的課題，安排4名本科畢業(yè)生對(duì)其進(jìn)行研究,對(duì)文獻(xiàn)進(jìn)行調(diào)研,根據(jù)文獻(xiàn)的調(diào)研情況，可以發(fā)表相關(guān)的2～3篇科研論文[9～11],這樣可以培養(yǎng)學(xué)生的搜檢索文獻(xiàn)的能力和寫作能力。

四、實(shí)踐教學(xué)結(jié)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(duì)其進(jìn)行研究，可以發(fā)現(xiàn)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(xué)與生物活性相結(jié)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(chǎn)物的研究。采用OSMA策略對(duì)來自廣西北部灣海域沉積物來源的Penicillium sp.H1的次級(jí)代謝產(chǎn)物進(jìn)行了研究，分離得到了1個(gè)新的二萜類化合物[4]。對(duì)廣西北部灣來源的海域樣品中進(jìn)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(dǎo)沉默基因的表達(dá)，開展了海洋放線菌次級(jí)代謝產(chǎn)物的研究。對(duì)抗PTP1B活性的放線菌Streptomyces sp. MDW-06的次級(jí)代謝產(chǎn)物進(jìn)行了研究，從中分離了1個(gè)新的聚酮類化合物[3]。

(二)培養(yǎng)學(xué)生綜合能力。經(jīng)過實(shí)踐教育，學(xué)生在各級(jí)教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)中取得了優(yōu)秀的成績(jī)。指導(dǎo)學(xué)生完成兩項(xiàng)國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計(jì)劃項(xiàng)目，指導(dǎo)兩名學(xué)生榮獲省級(jí)優(yōu)秀畢業(yè)論文二等獎(jiǎng)、三等獎(jiǎng)，兩名學(xué)生榮獲校級(jí)優(yōu)秀論文一等獎(jiǎng)、二等獎(jiǎng)。指導(dǎo)兩名學(xué)生榮獲廣西民族大學(xué)第八屆“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽一等獎(jiǎng)和三等獎(jiǎng)。經(jīng)過學(xué)生的努力，文章發(fā)表在中草藥，天然產(chǎn)物研究與開發(fā)等雜志上[3～4]。

(三)具有教學(xué)改革基礎(chǔ)。課題組前期主持完成校級(jí)教改項(xiàng)目1項(xiàng)，主持在研省級(jí)教改項(xiàng)目1項(xiàng)，發(fā)表了相關(guān)的教學(xué)研究成果[12～16]，為此項(xiàng)目奠定了基礎(chǔ)。

五、結(jié)語

以廣西北部灣來源的海洋微生物為研究對(duì)象，通過教學(xué)實(shí)踐，不僅可以讓學(xué)生掌握了海洋微生物次級(jí)代謝產(chǎn)物的研究方法，也讓學(xué)生們感受廣西北部灣海洋資源的優(yōu)勢(shì)，培養(yǎng)了學(xué)生獨(dú)立思考等綜合能力，提高了學(xué)生解決問題的能力。通過教學(xué)實(shí)踐，為海洋藥物化學(xué)的教學(xué)實(shí)踐提供借鑒。