开题报告内容:(包括拟研究或解决的问题、采用的研究手段及文献综述,不少于2000字)
- 选题依据
随着几十年的深入研究后,从普通环境中的微生物中提炼出新的天然活性产物的情况越来越少,研究对象开始逐渐转向极端微生物。极端环境微生物被认为是地球上最大的尚未开发的的一类生物类群。独特的地理分布造就了极端生命的多样性。极端环境微生物是指能够在高盐、高温、高酸等极端环境中正常生长的微生物。与普通生物相比,他们形成了特殊的基因类型和生理机制,能够产生具有特殊功能的酶类一级其他活性物质。近年来,极端环境微生物在医药、食品、化工、环保的等领域的重大应用潜能引起了微生物学家的极大关注,嗜盐放线菌作为极端微生物的重要组成部分。本研究以位于西伯利亚Gudzhirganskoe盐湖这个特殊环境来的放线菌为研究对象,为发现抗耐药菌的新药奠定菌株的物质基础。
Gudzhirganskoe盐湖位于西伯利亚,西伯利亚是北亚地区的一片广阔地带,西起乌拉尔山脉,东至杰日尼奥夫角,北临北冰洋。盐湖湖水pH为9.0,含盐量为7.9 g/L,在这种生态系统下很大可能出现不同物种的微生物,其中某些微生物可能具有独特的基因类型、特殊的生理机制,导致能产生结构新颖、种类繁多的次级代谢产物,成为药物先导化合物的重要来源。
本研究通过对这种极端环境中土壤放线菌的分离,以期找到一些新颖的菌株,能够产生新的化合物,为疾病的预防和控制做出贡献。
二、国内外研究现状述评
嗜热放线菌在欧洲,日本,美国研究技术先进于我国,它的生理学、分类学、遗传学等研究在英国Newcastle大学Good fellow实验室、Liverpool大学Edwards实验室相对成熟,而日本和德国的大多数研究员们则是在嗜碱菌和嗜冷菌的资源学、生理及生态学、物种分类学和酶学方面的研究比较深层次[1]。美国的 Williams 教授是对嗜酸菌进行研究的最早的学者[2]。O Vilhelmsson[3]首次对盐腌鳕鱼中度嗜盐菌进行分离和鉴定。我国对极端环境放线菌的研究始于二十世纪八十年代,云南大学微生物所对不同极端环境进行了考察,发现了1个放线菌新属及10多个新种,相对而言,我国集中于高盐及高碱等极端环境放线菌的研究,已取得了很大成就,这些研究可帮助人们了解端环境条件下放线菌的具体生存机制。
关统伟等[4]应用可培养技术和基于16S rRNA基因序列的系统发育分析硝尔库勒盐湖沉积物中放线菌的多样性。运用常规方法检测样品成分因子,并筛选了嗜盐放线菌的蛋白酶、淀粉酶和酯酶活性;并检测放线菌新种的抗细菌活性。分离获得了51个OTUs,分属于24个不同的属,其中15个OTUs代表了放线菌新种;链霉菌属是优势菌属,占全部分离菌株数量的16.25%。代表新种的菌株展示了良好的功能酶活性和抗细菌活性,其中代表链霉菌新种的菌株不仅具有多种酶活性,而且具有强大的抗金黄葡萄球菌、耻垢分枝杆菌和荧光假单胞菌的能力,具有很好的开发潜能。关统伟等[5]研究发现罗布泊盐湖可培养放线菌分布于拟诺卡氏菌属(Nocardiopsis)、链霉菌属(Streptomyces)、微球菌属(Micrococcus)、栖白蚁菌属(Isoptericola)、放线多抱菌属(Actinopolyspora)和糖霉菌属(Glycomyces),其中拟诺卡氏菌属是罗布泊盐湖最优势的放线菌类群,其次为链霉菌属;42株放线菌中29株携带PKS Ⅱ基因,由此推断这些菌株具有合成抗生素的潜在能力。关统伟等还采用构建克隆文库的方法分析了新疆罗布泊盐湖[6]、硝尔库勒盐湖[7]和于田盐池[8]中的放线菌群落构成,获得的克隆主要分布于放线菌亚纲(Actinobacteridae)和酸微菌亚纲以(Acidmicrobidae),此外在罗布泊盐湖还探测到了睛基降解菌亚纲(Nitriliruptoride)的克隆;结果还显示罗布泊盐湖中独有Ilumatobacter、考氏菌属(Kocuria)、拟无枝菌酸菌属(Amycolatopsis)、链抱囊菌属(Streptosporangium)和栖白蚁菌属(Isoptericola)属内的克隆;肖尔库勒湖中独有弗兰克氏菌属(Frankia)、圣格奥尔根村菌属(Georgenia)、芽生球菌属(Blastococcus)、纤维单胞菌属(Cellulomonas)的克隆;链霉菌属并不是这些盐湖和盐池中的优势群类,罗布泊盐湖的放线菌优势类群是糖霉菌属(Glycomyces),肖尔库勒湖的优势类群是糖多孢菌属(Saccharopolyspora)
田蕾[9]等探究艾丁湖可培养嗜盐菌的多样性、功能酶活性以及抗菌活性,进一步了解其次级代谢产物情况,为新型生物活性物质的发掘提供依据。获得的嗜盐菌分布在9个科18个属;其中放线菌分布于4个属;Nocardiopsis和Pontibacillus属为艾丁湖可培养嗜盐菌的优势类群,所选取的22株代表菌株中,分别有68.2%、22.7%和72.7%的实验菌株具有蛋白酶、淀粉酶和酯酶活性;45.5%的代表菌株对12种病原菌表现出了抗至少1种病原菌的活性,其中一株Nocardiopsis属放线菌能抗9种病原菌,表现出了广谱的抗菌活性。为后续进一步研究其次级代谢产物提供了依据。
吕杰等人[10]采用构建放线菌16S rRNA基因文库的方法研究了新疆艾比湖湖底沉积物放线菌的组成及多样性,构建的文库能够涵盖该环境90.4%的放线菌类群,其中未知放线菌类群占整个克隆文库的81.9%,这表明在新疆艾比湖湖底存在着大量的未知放线菌类群。
杨金花[11]对柴达木——马海富硼盐湖亚区土壤放线菌资源进行了研究,45 株代表性菌株分布在 8 个属,分别为Saccharopolyspora,Prauserella,Streptomyces,Amycolatopsis,Nocardiopsis,Bacillus,Staphylococcas 和 Gracilibacillus;其中,Saccharopolyspora, Prauserella 和 Bacillus 为优势菌群。
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