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海绵体内聚集了大量不同种类的共附生微生物,是获得丰富的微生物菌种及代谢产物资源的良好材料。而海绵共附生微生物,与海绵活性物质的合成密切相关,其分离、培养、活性诱导等工作又能为海洋天然产物的开发贡献巨大的力量。本文以南海海绵共附生微生物,主要是其共附生放线菌为研究对象,开展了可培养微生物的分离培养及活性筛选、微生物活性培养基筛选、微生物共培养活性诱导等方面的研究。
运用三种分离培养方法(普通稀释培养法、极限稀释培养法、平板倾注培养法),从西沙永兴岛黄海绵中分离到链霉菌、拟诺卡氏菌、假诺卡氏菌、微球菌、小单胞菌、分枝杆菌、戈登氏菌、高温单孢菌、马杜拉放线菌9个属的放线菌共121株。其中,链霉菌占据优势地位。对普通稀释培养法获得的49株放线菌进行了抗菌活性筛选,并采用K1F/M6R、IIPF6/IIPR6、A3F/A7R、AuF3/AuR4等4套简并引物进行Ⅰ型聚酮合酶(PKSⅠ)、Ⅱ型聚酮合酶(PKSⅡ)、非核糖体多肽合成酶(NRPS)和环化酶功能基因筛选,其中,87.5%的菌株具有活性化合物PKSⅡ的基因,含有PKSⅠ、NRPS基因的菌株占21.87%、44.15%,展现了海绵放线菌潜在的代谢产物多样性。
采用多种分离培养手段,如采样现场及时分离、平板倾注培养法、分散剂处理、培养液回收制平板分离法、蔗糖梯度离心技术等,对三种三亚海绵进行共附生微生物的分离,获得一批细菌和放线菌菌种资源。对三种海绵共附生微生物分离结果进行分析,并讨论了三亚海绵和西沙海绵共附生微生物分离效果悬殊的可能原因,推测海绵共附生微生物分离效果与海绵本身特点、海绵采集地点、采样季节及样品冻存时间等方面有关,提示有效开发海绵微生物资源需要综合考虑多方面因素。
以10株海绵共附生放线菌为研究对象,模拟海绵共附生微生物在海绵组织中共生的微生态环境,初步探索海绵微生物共培养对代谢产物活性的影响,结果发现,不同放线菌与枯草芽孢杆菌共培养代谢产物活性的变化不同,菌株6G49与枯草芽孢杆菌共培养时发酵粗提液活性明显增强,而与研究的其中6株放线菌共培养时发酵粗提液活性则消失,说明共培养诱导对微生物代谢产物的活性可能具有“增强”或“减弱”等效应,分类学相近的放线菌间更容易产生抑制效应,阻碍各自次生代谢产物活性产物的表达。这一结果启示我们,应该谨慎选择用于共培养的微生物,在可能的情况下选用来源完全相同的海绵共附生微生物进行共培养研究。
从本文获得的四种海绵的共附生微生物中挑选77株放线菌。对这77株放线菌进行了PKSⅠ、PKSⅡ、NRPS及Angucyciline环化酶等功能基因筛选,结果表明,在77株海绵放线菌中,至少含有一种功能基因的菌株有35株,从基因水平上显现了可观的合成活性次级代谢产物的能力;对这77株放线菌进行了不同液体培养基超微型发酵,寻找适合抗菌活性物质产生的培养基,51株菌株的8种培养基发酵粗提液均不显示活性,与功能基因筛选结果不一致。显示活性的菌株发酵粗提液主要来源于海水配制的培养基,其中,海水M4培养基的效果最突出,在该培养基中产物具有活性的菌株最多。说明筛选正确的培养基是挖掘海绵共附生微生物活性的重要环节,而海水则发挥着举足轻重的作用。
在“来源于相同海绵的放线菌共培养时可能更易产生相互作用而诱导产物活性”的启发下,以来源于西沙永兴岛黄海绵的菌株96.5、AM1.5、CM1.6为研究对象,以提高菌株96.5代谢产物活性为目标,对三者的共培养模式进行了相关的初步研究。同时,通过使用卡那霉素处理菌株96.5进行核糖体工程改造,最终获得了一株与原始菌株差异明显的突变株96.5K,研究表明,突变株96.5K是一株紫色色素高产菌。总体来看,共培养、核糖体工程改良等手段在提高菌株96.5代谢产物活性方面是有较大潜力的,对其开展的工作在一定程度上能为挖掘实验室保藏的丰富的微生物资源提供一定的经验和帮助。