放線菌與抗生素

1、放線菌與農(nóng)用抗生素 S. scabies 放線菌的概念 放線菌(Actinomycetes)是一類具有絲狀分枝細胞和無性孢子的G+原核 微生物,由于菌落呈放射狀而得名。 放線菌是一類介于細菌和真菌之間的單細胞生物. 放線菌的細胞構(gòu)造和細胞壁的化學組成與細菌相似,與細菌同屬原核生物; 放線菌菌體呈纖細的菌絲狀,而且分枝,又以外生孢子的形式繁殖,這些特 征又與霉菌相似. 放線菌菌落中的菌絲常從一個中心向四周輻射狀生長,因此叫放線菌. 放線菌分布 主要存在于含有機質(zhì)豐富的中性或偏堿性的土壤中，在空氣、淡水和海水等處也有一定的分布。 放線菌的生活類型： 腐生（多數(shù)） 寄生（少數(shù)） 放線菌形態(tài)特征 放線

2、菌分類地位 菌落形態(tài)與結(jié)構(gòu) 營養(yǎng)菌絲匍匐生長于 培養(yǎng)基內(nèi)，吸收營養(yǎng) 營養(yǎng)菌絲發(fā)育到一定階段， 伸向空間形成氣生菌絲 氣生菌絲發(fā)育到一定階段，其上可分化出形成孢子 的菌絲，即孢子絲 放線菌菌絲的形態(tài)構(gòu)造 根據(jù)形態(tài)和功能不同可分為： 基內(nèi)菌絲（營養(yǎng)菌絲） 氣生菌絲 孢子絲。 基內(nèi)菌絲 培養(yǎng)基內(nèi)匍匐生長的菌絲，無隔， 約 0.2-0.8m。 通常會產(chǎn)生水溶性或脂溶性色素. 功能：吸收營養(yǎng)，所以又稱營養(yǎng)菌絲。 氣生菌絲 由營養(yǎng)菌絲長出培養(yǎng)基外，伸向空間的菌絲。略粗于基絲0.5-1.2m，也有色 素產(chǎn)生。 功能：氣生菌絲生長到一定階段可分化出繁殖結(jié)構(gòu)，即孢子絲。 孢子絲 概念：可以形成孢子的菌絲（具分類

3、價值）， 功能:繁殖。 形態(tài)：直、波曲、螺旋 著生方式：叢生、輪生 放線菌孢子絲類型：放線菌孢子絲類型： 垂直垂直 單輪單輪( (無螺旋無螺旋) ) 彎曲彎曲 叢生叢生 松環(huán)、初級螺旋松環(huán)、初級螺旋 鉤狀鉤狀 松螺旋松螺旋緊螺旋緊螺旋 單輪單輪( (有螺旋有螺旋) )雙輪雙輪( (無螺旋無螺旋) )雙輪雙輪( (有螺旋有螺旋) ) （二）形態(tài)與結(jié)構(gòu) （二）形態(tài)與結(jié)構(gòu) 放線菌的主要屬 1 1、鏈霉菌屬、鏈霉菌屬( (StreptomycesStreptomyces) ) 產(chǎn)生許多著名的抗生素，如鏈霉素、紅霉素、產(chǎn)生許多著名的抗生素，如鏈霉素、紅霉素、 四環(huán)素等。四環(huán)素等。 2 2、諾卡氏菌屬（、

4、諾卡氏菌屬（ NocardiaNocardia ） 烴類發(fā)酵，污水處理烴類發(fā)酵，污水處理 ，產(chǎn)生抗生素（如萬古，產(chǎn)生抗生素（如萬古 霉素、頭孢菌等）霉素、頭孢菌等） 3 3、小單孢菌屬（、小單孢菌屬（MicromonosporaMicromonospora) ) 可產(chǎn)生多種抗生素，如慶大霉素等。可產(chǎn)生多種抗生素，如慶大霉素等。 4 4、放線菌屬（、放線菌屬（ActinomycesActinomyces) ) 多為致病菌。多為致病菌。 菌落形態(tài) 菌落形態(tài) 能產(chǎn)生大量分枝和氣生菌絲的菌種（如鏈霉菌） 不能產(chǎn)生大量菌絲體的菌種（如諾卡氏菌） 菌落質(zhì)地致密，與培養(yǎng)基結(jié)合緊密，小而不 蔓延，不易挑起或挑

5、起后不易破碎。 粘著力差，粉質(zhì)，針挑起易粉碎 （三）生長與繁殖 繁殖方式 無性孢子 菌絲斷裂 凝聚孢子 橫隔孢子 孢囊孢子 分生孢子 厚壁孢子 存在多種 孢子形成方式 常見于液體培養(yǎng)中，工業(yè)發(fā)酵生產(chǎn) 抗生素時都以此法大量繁殖放線菌 細菌的芽孢是休眠體，而放線菌的孢子是繁殖體 孢子鏈和孢囊孢子 放線菌的主要屬 1 1、鏈霉菌屬、鏈霉菌屬( (StreptomycesStreptomyces) ) 產(chǎn)生許多著名的抗生素，如鏈霉素、產(chǎn)生許多著名的抗生素，如鏈霉素、紅霉素紅霉素、四環(huán)素、四環(huán)素 等。等。 2 2、諾卡氏菌屬（、諾卡氏菌屬（ NocardiaNocardia ） 烴類發(fā)酵，污水處理烴類發(fā)

6、酵，污水處理 ，產(chǎn)生抗生素（如萬古霉素、，產(chǎn)生抗生素（如萬古霉素、 頭孢菌等）頭孢菌等） 3 3、小單孢菌屬（、小單孢菌屬（MicromonosporaMicromonospora) ) 可產(chǎn)生多種抗生素，如慶大霉素等?？僧a(chǎn)生多種抗生素，如慶大霉素等。 4 4、放線菌屬（、放線菌屬（ActinomycesActinomyces) ) 多為致病菌。多為致病菌。 放線菌生命周期 孢子在適宜的條 件下萌發(fā)， 長出1-3個芽管 氣生菌絲 營養(yǎng)菌絲 繁殖菌絲 （孢子絲） 孢子絲釋放孢子 ACTINOMYCETES REPRODUCTION Secondary metabolites are produc

7、ed at the end of the growth phase and during stationary phase. ACTINOMYCETES ANTIBIOTICS 放線菌的應用 能產(chǎn)生大量的、種類繁多的抗生素，到目前為止，已分離得到的放線菌產(chǎn)生的抗 生素達8700種以上。 生產(chǎn)維生素和酶 進行甾體轉(zhuǎn)化、烴類發(fā)酵和污水處理 抗生素定義 抗生素（antibiotics）是微生物、植物、動物在其生命活動過程中產(chǎn)生的（或并用化學、生物或生化方法 所衍生的），在低微濃度下能選擇性地抑制或殺滅他種生物機能的一類有機化合物。 抗生素是生物生長到一定條件下所產(chǎn)生的次級代謝產(chǎn)物（Secondary

8、 metabolite），是微生物對環(huán)境所 做出的一種病態(tài)反應。 微生物產(chǎn)生的生物活性物質(zhì) FK506Bialaphos殺念珠菌素 紅霉素 阿霉素阿弗菌素兩性霉素力復霉素 柔紅霉素莫能霉素殺假絲菌素螺旋霉素 絲裂霉素泰樂菌素井崗霉素 鏈霉素 抗細菌抗細菌抗真菌抗真菌殺蟲、除草殺蟲、除草抗腫瘤等抗腫瘤等 放線菌產(chǎn)生的次生代謝分子藥物放線菌產(chǎn)生的次生代謝分子藥物 （約8700種） 放線菌產(chǎn)生的多種多樣的次生代謝 產(chǎn)物 Hygromycin B Kanamycin B Erythromycin Rifamycin SV Cephamycin C streptomycin Spinosyn AAbam

9、ectin Validamycin A ACTINOMYCETES ANTIBIOTICS Inability of a test organism to grow in the presence of Streptomyces suggests antibiotic production by the latter How Antibiotic Activity is Found Receive bacterial strains glass vials From Indonesian Center for Biotechnology and Biodiversity Growth on a

10、gar plates Cultivation in different growth media Liquid fermentation Crude extracts Ethyl Acetate, n-Butanol Methanol Assay for antibiotic activity LCMS How the Extracts are Tested for Antibiotic Properties A 20 microliter quantity of the extracts is placed on a sterile paper disks The paper discs a

11、re placed on cultures of various bacteria and fungi and incubated overnight Examine for inhibition the next morning Characterization of Crude Extracts HPLC coupled with UV spectroscopy and mass spectrometry Search AntiBase database C:Xcalibur.screen-7-7-068319-EAM07/08/2006 07:43:11 AM uAU Relative

12、Abundance 8319-EAM #553-559 RT: 24.02-24.28 AV: 7 NL: 6.86E5 T: + p ESI Full ms 150.00-2000.00 20030040050060070080090010001100120013001400150016001700180019002000 m/z 0 20 40 60 80 100 Relative Abundance 533.07 453.47 679.47475.53 550.93 1064.93 227.13 701.671082.87 1615.53 590.27 192.93 791.33 831

13、.40 323.331207.001672.601258.471965.13435.201000.531872.531817.87 1348.731457.40 O OO O O O NH2 OH OHOH OH OHOHOH OH O OO O O O NH2 OH OHOH OH OHOHOH O O O O O O NH2 OH OH OH OH OH OH OHOH OH OH OH O O O O O O NH2 OH OH OH OH OHOHOH OH OHOHOH Tetramycin A Nystatin Polyene Macrolides Crude extract sh

14、owing antibiotic activity Separation by column chromatography Assay for antibiotic activity Pure compounds Bio-Activity Guided Separation Characterization by TLC Characterization of Pure Compounds Pure compounds Structure determination using Assay against pathogenic bacteria O OO O O O N H 2 O H O H

15、OH OH OHO HO H O H O OO O O O N H 2 O H O HOH OH OHO HO H O O O O O O N H 2 O H O H O H OH OH O H O HO H O H O H O H O O O O O O N H 2 O H O H O H OH OHO HO H O H O HO HO H Tetramycin B Amphoteracin A Polyene Macrolides 1H-NMR 13C-NMR 2D- NMR Infrared spectroscopy UV spectroscopy Mass spectrometry 主

16、要殺蟲抗生素 阿維菌素（avermectin） 梅嶺霉素（meilingmycin） 密比爾霉素（Milbemycins ） 多殺菌素（spinosad） 瀏陽霉素（liuyangmycin） 殺蚜素 殺粉蝶素(Piericidin，韶關(guān)霉素) 殺螨素 （tetranactin ） 華光霉素（nikkomycin） 阿維菌素 阿維菌素(avermectins ;AVMs) 又稱阿佛曼菌素,是一種具有抗寄生蟲 活性的抗生素 產(chǎn)生菌是阿維鏈霉菌( Streptomyces avermitilis) ,最初是1975 年日 本北里研究所(Kitasato Institute) 從日本靜岡川奈市的一個

17、土壤樣品 中分離得到的。 阿維菌素作為生物農(nóng)藥的一種,自發(fā)現(xiàn)以來,已經(jīng)受到越來越多的重視。 阿維菌素不但具備一般生物農(nóng)藥的特點,并且它的化學結(jié)構(gòu)新穎,作用 機制獨特,殺蟲活性強,殺蟲譜廣,被譽為20 年來抗寄生蟲藥物研究的 重大突破。 是目前生物農(nóng)藥中最受歡迎和較具市場競爭的產(chǎn)品之一 阿維菌素產(chǎn)生菌 阿維菌素結(jié)構(gòu) 大村智 阿維菌素理化性質(zhì) 阿維菌素原藥為白色或黃色結(jié)晶體(含B1a80%,B1b20%) 蒸氣壓200 ppm0.2 ppm 草蛉200 ppm200 ppm0.2 ppm This Spinosad material works well in IPM programs becau

18、se it is selective in what it kills and tends to spare beneficial organisms. 多殺菌素對哺乳動物等的毒性 對小鼠半致死 劑量超過 5000mg/kg， 大于蔗糖和食 鹽 典型殺蟲劑產(chǎn)品用于棉田害蟲的脊椎 動物選擇性比率（VSR） 化合物煙芽夜蛾LD50（g/kg）大鼠經(jīng)口LD50（mg/kg）VSR DDT52152870.571.67 硫丹硫丹73.3180.25 甲基對硫磷甲基對硫磷11.665.090.140.77 毒死蜱毒死蜱79.51351.70 滅多威滅多威4.3326.7170.643.93 高效氯氟氰菊

19、酯高效氯氟氰菊酯0.9295660.3 阿維菌素阿維菌素1.1610.611.39.19.74 ?，斁匕，斁?.1070700 溴蟲氰溴蟲氰4.522345949.5100.7 多殺菌素多殺菌素1.281.443783500026273906 環(huán)境歸趨 多殺菌素在環(huán)境中通過多種途徑組合的方式進行降解， 主要為光降解和微生物降解，最終變成碳、氫、氧、氮 等自然組分。 考慮到它的中等土壤傳質(zhì)系數(shù)Kd（4.3-322mL/g）、低于 中等程度的水溶解度和在環(huán)境中的較短持久性，可見多 殺菌素的瀝濾性能非常低，因此只要使用適當他就不會 對地下水構(gòu)成威脅。根據(jù)美國環(huán)保局（EPA）的規(guī)定不 需要設置任何

20、緩沖區(qū) 多殺菌素的應用 多殺菌素宣傳廣告 多殺菌素主要劑型 Suspension Concentrate An aqueous suspension is the primary formulation for delivering spinosad to the global marketplace. The concentration of spinosad ranges from 25 g ai/L to 480 g ai/L. Wettable-Granules A 25% water dispersible granule is available in Japan. Fire An

21、t Bait A fire ant bait containing 0.015% spinosad is currently available for consumer use in the United States to control the Red Imported Fire Ant, Solenopsis invicta. Fruit Fly Bait A 0.02% spinosad bait concentrate is available to control a variety of fruit flies, including the Mediterranean frui

22、t fly, Ceratitis capitata. spinetoram 比多殺菌素殺蟲譜更廣，而且更加安全 三種常見生物農(nóng)藥特點比較 項目多殺菌素阿維菌素B.t. 活性組活性組 分類型分類型 十四元大環(huán)內(nèi)酯十四元大環(huán)內(nèi)酯十六元大環(huán)內(nèi)酯十六元大環(huán)內(nèi)酯蛋白蛋白 作用作用 對象對象 棉鈴蟲、煙青蟲、小菜棉鈴蟲、煙青蟲、小菜 蛾、薊馬蛾、薊馬 菜青蟲、小菜蛾、斜紋夜蛾、菜青蟲、小菜蛾、斜紋夜蛾、 棉鈴蟲、煙青蟲、蚜蟲、木棉鈴蟲、煙青蟲、蚜蟲、木 虱、桃小食心蟲、斑潛蠅、葉虱、桃小食心蟲、斑潛蠅、葉 潛蠅、癭蠅、螨類等潛蠅、癭蠅、螨類等 不同菌株作用對象專不同菌株作用對象專 一性強一性強 哺乳動哺乳

23、動 物毒性物毒性 接近無毒接近無毒原藥高毒，制劑低毒原藥高毒，制劑低毒無毒無毒 藥效藥效高效、速效、持久高效、速效、持久高效、速效、持久高效、速效、持久藥效差、慢、持效短藥效差、慢、持效短 選擇選擇 性性 比阿維菌素大比阿維菌素大300- 400倍倍 選擇性較差選擇性較差選擇性高選擇性高 應用應用噴藥后當天見效，殺蟲噴藥后當天見效，殺蟲 速度可與化學農(nóng)藥相媲速度可與化學農(nóng)藥相媲 美，安全采收期美，安全采收期1天天 噴藥后當天見效，殺蟲速度可噴藥后當天見效，殺蟲速度可 與化學農(nóng)藥相媲美，安全采收與化學農(nóng)藥相媲美，安全采收 期期3-7天天 殺蟲速度比較慢，安殺蟲速度比較慢，安 全采收期全采收期1天

24、天 世界主要生物殺蟲劑銷量比較 品種上市年份 年度銷量（億美元） 200020032004 avermectinavermectin198319831.61.61.51.51.651.65 spinosynspinosyn199519951.051.051.351.351.71.7 B.t.B.t.197019701.51.51.051.051 1 世界生物殺蟲劑的需求量將以每年9.9%的速度強勁增長， 將由2005年的6.7 億美元增加到2010 年的10億美元。 其它殺蟲抗生素 殺螨素 殺粉蝶素 其它殺蟲抗生素 華光霉素 農(nóng)用抗菌素 井岡霉素 多抗霉素 農(nóng)抗120 寧南霉素 中生菌素 申嗪

25、霉素 四霉素（tetramycin） 農(nóng)用鏈霉素 多抗霉素 多抗霉素 對各種植物病原菌則具有強烈的殺菌作用。 對蔬菜各種重要病害（葉霉病、灰霉病、菌核病、白 粉病）和蘋果的斑點落葉病，梨樹的黑斑病等、煙草赤 星病等則具有強烈的殺菌作用。 具葉表面浸透移行，是非常強的，以防除效果比起其它 藥劑為好。 阻止孢子發(fā)芽、菌絲生長，胞子形成和病斑擴大的效 果是很強的。 發(fā)生了對他劑抗性的病菌，防治效果很高。 具有和其它藥不同的作用，對具有抗其他藥性的病原 菌也不少效果。 對人畜的毒性極低，安全性極高。 農(nóng)作物也不會引起藥害。土壤中迅速分解，因此不會 污染環(huán)境?？膳c其它用藥劑并用（但如波爾多液等堿性 藥劑不可并用）。 中生菌素 中生菌素為N-糖甙類抗生素,其抗菌譜廣,能夠抗革蘭氏 陽性,陰性細菌, 分枝桿菌,酵母菌及絲狀真菌。特別對 農(nóng)作物致病菌如菜軟腐病菌,黃瓜 角斑病菌,水稻白葉枯 病菌,小麥赤霉病菌等均具有明顯的抗菌活性。 寧南霉素 該藥是一種胞嘧啶核苷肽型廣譜抗生素殺菌劑，