海洋微生物緒論

1、海 洋 微 生 物 學(xué)授課老師：許 云一、海洋微生物的定義海洋微生物marine microbe以海洋水體為正常棲居環(huán)境的一切微生物。 自八十年代起海洋生物技術(shù)蓬勃開(kāi)展，“向海 洋要藥物是新世紀(jì)海洋生物技術(shù)提出的口號(hào)。 海洋微生物的研究起步較晚，但在最近幾年也 受到了普遍重視。第一章 緒 論(1) 海洋占地球外表積的71% 資源豐富(2) 海洋平均深度：4000m 高壓，低溫(3) 主要離子：Na+，Cl-，Ca2+，K+，SO42- 高鹽(4) 營(yíng)養(yǎng)匱乏N，P，F(xiàn)e 稀營(yíng)養(yǎng)二、海洋環(huán)境的特征潮汐帶陸架透光層無(wú)光層峽谷，溝渠，山脊深海地帶1棲居著浮游自由泳動(dòng)微生物2地球上最大的環(huán)境3一般有大空

2、間規(guī)模的環(huán)境變化溫 度、光度等1 . 遠(yuǎn)海環(huán)境1沉積物外表2提供了附加的外表積3提供小生境的多樣性，使得有小空間 規(guī)模的環(huán)境變化2 . 深海環(huán)境 生存或死亡的有機(jī)體被黏多糖微生物和浮游植物分泌的胞外產(chǎn)物粘在一起形成的大的聚集體。1海洋雪定義3 . 海洋雪(marine snow) 黏多糖形成纖絲 纖絲凝結(jié)形成透明結(jié)構(gòu) 透明結(jié)構(gòu)不斷碰撞形成更大的顆粒，即海洋雪。2海洋雪的形成 海洋雪的產(chǎn)量隨光合作用強(qiáng)度和洋流季節(jié)性地波動(dòng)，春天更大一些。 80%的初級(jí)生產(chǎn)者分泌黏多糖 海洋雪的沉降速率是16-25m/d，沉降過(guò)程中顆粒不斷增加。 提供養(yǎng)料給深海生物。3海洋雪的特點(diǎn)海 洋 雪1多樣性2復(fù)雜性3特殊性

3、三、海洋生物的特征 微生物活性代謝物是藥物的豐富源泉： 自19世紀(jì)60年代首先從微生物中發(fā)現(xiàn)了青霉素以來(lái)，人們陸續(xù)從陸棲微生物中尋找到抗生素類藥物、化療藥阿霉素、免疫抑制藥環(huán)孢霉素A等120多種重要的臨床使用藥物。 四、陸棲微生物的研究擁有輝煌的歷史1陸棲微生物中發(fā)現(xiàn)新代謝產(chǎn)物的速率明 顯降低，重復(fù)發(fā)現(xiàn)率極高。2傳染性病菌對(duì)傳統(tǒng)抗生素的抗藥性正在 迅速開(kāi)展。 目前，約12種重要的病菌已有抗藥性， 尋找活性物質(zhì)新源成為當(dāng)務(wù)之急。五、陸棲微生物研究陷入了困境 二十多年以來(lái)，海洋天然產(chǎn)物的研究主要致力于海洋無(wú)脊椎動(dòng)物的代謝物。海洋無(wú)脊椎動(dòng)物的研究不可防止這樣一個(gè)現(xiàn)實(shí)： 1從海洋無(wú)脊椎動(dòng)物里獲取大量可

4、靠的、最重要的是 可更新的資源非常困難 2從海洋無(wú)脊椎動(dòng)物獲得的化合物結(jié)構(gòu)復(fù)雜，無(wú)法進(jìn) 行有商業(yè)價(jià)值的化學(xué)合成 六、海洋無(wú)脊椎動(dòng)物研究面臨的問(wèn)題 海洋微生物大多為陸棲微生物的變種，可以利用現(xiàn)有的許多商業(yè)化發(fā)酵工藝進(jìn)行別離和培養(yǎng)，這使海洋微生物成一種可控制的資源，防止了海洋無(wú)脊椎動(dòng)物研究中的資源問(wèn)題。七、海洋微生物是尋找生物活性物質(zhì)的豐富源泉優(yōu)勢(shì)1：優(yōu)勢(shì)2：生存環(huán)境的的特異性，使海洋微生物在物種、基因組成和生態(tài)功能上表現(xiàn)出多樣性和特異性，相應(yīng)產(chǎn)生一些特殊的活性代謝物質(zhì)。因此從海洋微生物中發(fā)現(xiàn)新化合物的概率將比陸棲微生物要大的多。優(yōu)勢(shì)3：海洋微生物研究技術(shù)取得重大突破： 別離培養(yǎng)技術(shù) 采用稀釋培養(yǎng)

5、法使別離率大大提高 采用新的分子生物學(xué)技術(shù)進(jìn)行鑒定， 利用基因16SrRNA)法解決分類學(xué) 的難題。 從海洋細(xì)菌中別離到含溴量高達(dá)70的抗生素。 從海洋放線菌別離到罕見(jiàn)的含硼化合物aplasmonhodide)抗菌素，能抑制革蘭氏陽(yáng)性菌。 從海洋真菌中發(fā)現(xiàn)許多結(jié)構(gòu)新穎，有抗菌、抗癌和神經(jīng) 心血管活性物質(zhì)。 如：頭孢菌素C，大環(huán)交脂，生物堿等八、海洋微生物的重要意義1.海洋微生物中發(fā)現(xiàn)了有重要價(jià)值的代謝產(chǎn)物如：河豚毒素、海葵毒素等研究培養(yǎng)繁殖這些微生物，能夠大量提取珍貴的活性物質(zhì)。2.海洋動(dòng)物中的活性物質(zhì)的真正來(lái)源是海洋微生物如：蝦卵的外表細(xì)菌能夠產(chǎn)生保護(hù)蝦卵的3 吲跺啉二酮； 者哩魚(yú)身上外表發(fā)

6、現(xiàn)一種放線菌streptomyces sp ，產(chǎn)生兩種奇特的肽類，能選擇性抗革蘭陽(yáng)性菌。3.海洋微生物研究有益于海產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的開(kāi)展如：熱穩(wěn)定的耐鹽的酶，細(xì)菌視紫紅質(zhì)以 及生物塑料等。 此外，也可利用海洋微生物處理海洋 環(huán)境污染。4.海洋微生物能產(chǎn)很多新的生化產(chǎn)品九、海洋微生物的最新研究動(dòng)態(tài)1 . 海底撈“金2004年4月，美國(guó)的塞萊拉(Celera)遺傳信息公司對(duì)外宣稱，他們?cè)诎倌酱笕簫u附近的馬尾藻海中，發(fā)現(xiàn)了1800多種新的海洋微生物，以及121萬(wàn)余種科學(xué)界所從未見(jiàn)過(guò)的新基因。這一發(fā)現(xiàn)被?科學(xué)?雜志評(píng)選為2004年科學(xué)十大突破之一。(1)海底撈“金瞄準(zhǔn)海洋微生物(2)海底撈“金采用的技術(shù)基因測(cè)

7、序不依賴于傳統(tǒng)的培養(yǎng)技術(shù)，直接從樣品中提取DNA基因16S rRNA法(3)海底撈“金的基因資源全部“充公文特爾宣布，所有新發(fā)現(xiàn)的基因組序列都將成為公共領(lǐng)域資料，這是對(duì)公有數(shù)據(jù)庫(kù)是一個(gè)大大的補(bǔ)充，而文特爾本人的目標(biāo)是“為地球所有微生物的基因組編寫家譜。2 . 海洋微生物擁有的最完美基因美國(guó)科學(xué)家最近研究發(fā)現(xiàn)，一種被稱為Pelagibacter ubique的海洋微生物擁有地球上所有生物中最完美的基因這種微生物的基因組由1354個(gè)基因組成，如此小的數(shù)量只有最原始的微生物才擁有。我們可以比較一下：人的基因組由約30000個(gè)基因組成。然而，不同與其它興旺生物體的是，科學(xué)家們?cè)谶@種微生物體內(nèi)沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任

8、何一個(gè)閑置的和重復(fù)的基因。 3 . 國(guó)內(nèi)動(dòng)態(tài)國(guó)家海洋局第三海洋研究所的海洋生物遺傳資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室科研人員，從近200株海洋微生物中篩選得到3株具有一定抗艾滋病毒活性菌株。經(jīng)中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院醫(yī)藥生物技術(shù)研究所體外抗HIV1型病毒的測(cè)試確定，從它們的發(fā)酵液中別離得到的粗提物，能抑制HIV1病毒引起的CEM細(xì)胞融合特征性病變和病毒在CEM細(xì)胞內(nèi)的復(fù)制。 4. 微生物活性物質(zhì)篩選的新途徑宏基因組克隆直接提取特定環(huán)境中的總DNA，克隆到可培養(yǎng)的宿主細(xì)胞中，從所獲得的重組克隆子中篩選活性物質(zhì)和相關(guān)基因，顯示了其在挖掘和利用那些未能培養(yǎng)微生物的基因資源篩選新生物活性的潛在能力。十、從海洋微生物的研究中得到以下幾點(diǎn)啟示尋找新的細(xì)菌培養(yǎng)基和培養(yǎng)方法，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的培養(yǎng)基-酵母提取液和蛋白胨并不適合海洋微生物的生長(zhǎng)；尤其是要研究影響海洋微生物生長(zhǎng)代謝的特殊營(yíng)養(yǎng)因子和培養(yǎng)條件，這是大規(guī)模開(kāi)發(fā)海洋微生物資源所必須解決的前提。2. 研究海洋特有微生物，如共生菌或深海 細(xì)菌，因?yàn)榧?xì)菌對(duì)海洋的適應(yīng)性越強(qiáng)，產(chǎn)生新化合物的概率越大；這些細(xì)菌即使并非海洋特有物種，為了適應(yīng)環(huán)境，也會(huì)產(chǎn)生新穎的次生代謝物。3. 全面進(jìn)行海洋微生物的生態(tài)學(xué)和多樣性研究，采用PCR技術(shù)、16srRNA與16srDNA序列同源性的比較和宏基因組文庫(kù)的構(gòu)建及篩選，不經(jīng)培養(yǎng)研究海洋微生物的多樣性已經(jīng)取得