海洋中微生物的应用及其前景

2022-09-10

海洋是生命的起源地, 不仅占地球表面积的71%, 而且包含着地球上80%的生物资源。连云港是一个沿海港口城市, 早在很久以前连云港市就被我国的改革开放总设计师邓小平提名为十四个带头发展城市之一。连云港东临黄海, 但相比于其他的沿海城市, 其经济相对还是比较落后的。面对这样的一个状况, 面对海洋, 我们最好的发展方式就是充分利用好我们自己的资源, 熟悉海洋的环境, 开发好海洋的资源, 利用好海洋的资源。海洋的环境影响着全球的一切, 海洋的环境更是影响它所容纳的生物。海洋环境的多样性和特殊性如存在的高盐、高压、低温、低营养或无光照等特殊生态环境, 共同造就了海洋生物种类的多样性和特殊性, 其中海洋微生物种类就多达100万种以上, 而目前所研究和鉴别过的海洋微生物还占不到海洋微生物总量的5%, 其中日本近年来的大量研究发现约27%的海洋微生物具有抗菌活性, 因此海洋微生物普遍具备耐盐、液化琼脂能力的同时还具有独特的代谢途径和遗传背景, 产生出不同结构和功能的天然活性物质, 所以这成为寻找特定目的海洋微生物及其丰富的应用前景开辟了一条崭新道路。

1 海洋微生物研究的意义

1929年发现青霉素以来, 筛选到的具有抗菌、抗病毒、抗肿瘤、抗心血管疾病及免疫调节剂等生理活性的微生物代谢产物已近万种, 大量生产和广泛应用的已达百种以上。但是, 随着陆栖微生物生物活性物质的大量开发和应用, 寻找新种属或特殊性状的微生物及其代谢产生新型药物的难度越来越大。海洋微生物生活在特殊环境之中。高盐、高压、低温、低营养或无光照等, 共同造就了海洋微生物种类的多样性和特殊性, 其中海洋生物种类就多达100万种以上。海洋微生物由于适应了海洋环境, 有了新的特异性, 能产生陆栖微生物所不能产生的结构新颖、作用特殊的海洋生物活性物质。因此, 从海洋微生物中筛选生物活性物质具有广阔的开发应用前景。

2 国内外研究进展

海洋生物活性物质的研究是从20世纪60年代开始, 然而海洋微生物活性物质的研究相对比较缓慢, 只有零星的来自海洋微生物的活性物质被报道。最近, 海洋微生物作为活性物质的新来源正日益受到国内外海洋工作者的重视, 从海洋微生物中分离到的代谢产物逐年增多关于微生物的应用, 从以下几个方面来进行研究。可以看出海洋微生物有着非常广泛的应用前景。

2.1 在活性物质方面的应用

2002年发表的新结构海洋活性物质677个中就有1/5是分离自海洋微生物。目前, 各国已经从海洋细菌、放线菌、真菌等微生物中分离到多种活性物质, 并具有强烈的生物活性 (例如抗菌、抗肿瘤、抗病毒、抗炎等) , 其中有些已经进入临床研究。

2.2 在抗菌方面的应用前景

在当今抗生素普遍应用的时代, 社会和科学界对细菌的耐药性迅速出现显得措手不及, 因此迫切需要新类型的抗生素快速和持续的开发, 以适应细菌抗生素敏感性改变的速度。由于海洋环境的特殊条件, 使海洋微生物具有丰富的生物多样性, 近年来的研究发现海洋微生物及其代谢产物的活性成分具有化学结构的多样性, 生物活性的多样性, 高生物活性, 特殊作用机制等一些非常值得注意的特点。日本近年来对海洋微生物进行了广泛研究, 发现约有27%的海洋微生物具有抗菌活性。许多成分是陆地生物中不存在的, 这为人工合成抗菌药物提供了新颖的先导化合物。在过去的十年中, 通过微生物筛选来寻找抗菌素和其它具有医疗和保健价值的活性化合物的开发研究正在迅速展开, 许多具有新分子结构的抗菌、抗病毒化合物已被分离和鉴定, 其活性成分是多种多样的, 包括萜烯、脂肪酸、大环内酯类、醌类、肽类、生物碱、醚类及杂环化合物等, 其中有些成分的结构、性质已被阐明。也有许多含尚未鉴定其活性分子结构的微生物萃取物, 用于预防和治疗水产养殖动物的病害。海洋微生物作为一个极其重要的, 不可取代的具医药价值的生物活性物质的来源, 其意义还在于所含生物活性分子结构较简单的化合物可作为人工合成的模式, 而所含大量的结构复杂的化合物, 人类目前尚无法合成, 只能依赖从微生物细胞中提取。因此, 用微生物发酵法生产海洋天然化合物的前景非常广阔。

2.3 在药业方面的应用前景

随着陆栖微生物在抗生素、酶、酶抑制剂等生物活性物质方面的大量开发和应用, 寻找新种属或特殊性状的微生物及其代谢产生新型药物的难度越来越大。于是最近几年人们把目光转向更具有药物开发前景的海洋微生物——海洋药物的重要资源。

目前海洋微生物药物的开发和应用现状主要有以下几方面。首先是海洋微生物在抗菌抗病毒类药物方面的开发和应用, 它是陆栖微生物药物研究开发的延续和扩展。药物的直接来源是从海水、海泥中筛选出的微生物代谢产物, 可直接开发成新药或经修饰后成为新药, 也可作为新药开发的先导化合物。海洋微生物药物开发和应用的重点在抗肿瘤药物方面。人们期望从筛选的海洋微生物代谢产物中得到所需新型抗肿瘤药物成为研究开发的重点领域。短短几年便得到许多具有抗肿瘤活性的化合物, 如日本冈见分离到一株黄杆菌属的海洋细菌代谢产生一种杂多糖, 它能够增强免疫功能和抑制动物移植肿瘤并成为化疗药物治疗肿瘤的佐剂。具有抗肿瘤、抗病毒、抗菌等功能。这表明开发海洋微生物医疗保健品前途广阔。

总之, 海洋微生物药物的开发虽取得巨大成绩, 但研究开发尚处于初级阶段, 还有更多海洋微生物药物等待进一步开发来提供给临床上更多治疗和预防用新型特效药。海洋微生物药物的研究开发需要依靠现代科技的进步和各门学科的协同作用, 目前海洋微生物药物的迅速开发和应用是新技术不断涌现并推广应用的必然结果。当然, 海洋的微生物不计其数, 而我们对海洋微生物的研究也仅仅限于常见的一些很少很少的一部分。现代的科学手段异常的丰富, 但是微生物也在不断的进化和变异之中。令人欣慰的是科学技术的飞速发展和不断完善的生物技术, 给众多的研究者带来了方便。让他们的在研究方面能够更加的得心应手。借助现代生物技术是实现海洋微生物药物工业化生产最好的途径。现代生物技术在基因工程、细胞工程、发酵工程及生物反应器等方面的充分发展和应用推广, 为实现从获得目的微生物菌株到培养生产得到需药物的全过程提供了可靠的技术保证。特别是利用基因工程对原微生物菌株的改良或将药物基因克隆到容易培养、生长繁殖迅速或产物容易分泌到体外的微生物如常用陆生酵母菌、枯草杆菌、大肠杆菌等来进行表达、合成和生产, 从而大幅度提高药物的含量和产量。利用细胞工程技术可实现不同种属间生物的融合杂交, 从而改良菌种和开发所需药物。利用微生物发酵技术的成熟工艺、后处理和分离纯化技术以及高度自动化的生物反应器设备来实现海洋微生物药物生产的工业化和不断降低药物生产成本。因此按照“优中选优”进行海洋微生物药物开发和工业化生产的一体化是向海洋要药的重要一环。

从海洋微生物的应用来看, 还有着非常广泛的前景, 比如说:海洋化学资源:工业用冷却水源、食盐等各种盐类、淡水、溴等。连云港就有好几个盐田, 在产盐的同时好可以得到很多的副产品。连云港有经济开发区, 有很多的化工厂, 相应的盐场可以把得到的废渣再加以处理, 就可以卖给需要的化工厂。这样不仅可以节约资源, 更是对环境的友好保护。在当今时代的大主题之下, 完全符合建设浪漫之都连云港的响亮口号。

摘要：微生物在抗生素、酶、酶抑制剂等生物活性物质方面的大量开发和应用, 寻找新种属或特殊性状的微生物及其代谢产生新型药物的难度越来越大。于是最近几年人们把目光转向更具有药物开发前景的海洋微生物——海洋药物的重要资源。

关键词：海洋,微生物,应用