来源:Marine Drugs 发布时间:2021/5/21 18:42:30
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中国海洋大学与美国斯克里普斯海洋研究所合作海洋蓝细菌次级代谢产物综述 | MDPI Marine Drugs

论文标题:The Chemistry, Biochemistry and Pharmacology of Marine Natural Products from Leptolyngbya, a Chemically Endowed Genus of Cyanobacteria (蓝藻属纤藻属海洋天然产物的化学、生物化学和药理学研究)

期刊:Marine Drugs

作者:Yueying Li, C. Benjamin Naman, Kelsey L. Alexander, Huashi Guan and William H. Gerwick

发表时间:6 October 2020

DOI:10.3390/md18100508

微信链接:

https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzI1MzEzNjgxMQ==&

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期刊链接:

https://www.mdpi.com/journal/marinedrugs

原文通讯作者简介

管华诗

中国海洋大学

管华诗,中国工程院院士,中国海洋大学教授,博士生导师,国家海洋药物工程技术研究中心主任。多年来致力于海洋药物及海洋生物资源综合开发利用的研究工作。首创我国第一个现代海洋药物藻酸双酯钠 (PSS),构建国内外第一个海洋糖库,编著我国首部大型海洋药物典籍《中华海洋本草》。曾荣获国家技术发明一等奖、全国科学大会奖、国家科技进步三等奖、山东省科技进步一等奖、教育部技术发明一等奖、山东省最高科学技术奖等。

William H. Gerwick

美国斯克里普斯海洋研究所

William H. Gerwick,美国斯克里普斯海洋研究所杰出教授、博士生导师、海洋生物技术及生物医药中心前主任,美国AAAS协会会员。主要从事海洋蓝细菌活性次级代谢产物的发现,探索其生物合成途径并在分子遗传学和基因水平上对其来源进行研究。Gerwick教授同时致力于开发结构分析新技术例如基于核磁共振技术的S.M.A.R.T.平台等。

原文第一作者简介

李玥嬴

德克萨斯A&M大学

李玥嬴,德克萨斯A&M大学博士后,中国海洋大学与美国斯克里普斯海洋研究所联合培养博士生。主要从事天然产物结构发现及其生物合成途径的研究。利用生物信息学及分子生物学技术探索次级代谢产物的结构及其活性。

Leptolyngbya是蓝细菌中常见的属,广泛分布于海洋、淡水、沼泽、田地等各类生态环境中。Leptolyngbya属蓝细菌参与光合作用,在维持生态平衡方面起到重要的作用。近年科学家对其生态学、天然产物化学以及生物活性方面均进行了广泛的探索。总的来说,Leptolyngbya属海洋蓝细菌次级代谢产物被认为是药物研发潜在的重要来源。

近期,美国斯克里普斯海洋研究所的William H. Gerwick教授及中国海洋大学医药学院管华诗院士分别带领科研团队,联合在Marine Drugs期刊上发表对于Leptolyngbya属海洋蓝细菌的研究综述。该篇综述总结了Leptolyngbya属海洋蓝细菌中目前发现的次级代谢产物结构及其生理活性,对其中特征生物合成途径进行讨论,并对其在次级代谢产物生成及应用方面提出了展望。

研究背景

蓝细菌,也被称为蓝绿藻,是世界上最古老的原核生物之一。蓝细菌主要参与在生态系统中的光合作用以及固氮作用,使其不但可以适应,同时也在影响着地球上的生态环境。Leptolyngbya属蓝细菌由0.5-3.5 μm的丝状菌丝组成,以单独生长或聚集成簇形态存在,其结构中不存在厚壁孢子或异形胞等 。在早期分类学研究中,对该类不具有厚壁孢子,异形胞或是分支结构的丝状蓝细菌统一归为Oscillatoriales (Section III) 目。于1988年正式归为Leptolyngbya属。Leptolyngbya属蓝细菌的鉴定可以通过包括16S rRNA在内的基因测序予以确定,其亲缘关系明显的区别于蓝细菌中广泛分布的其他属例如Moorea和Symploca。目前在种属分类数据库Algaebase 和CyanoDB 中,共收录138种Leptolyngbya属蓝细菌。

目前已知在日本、巴拿巴、泰国、红海、夏威夷、美属萨摩亚群岛等地区均发现Leptolyngbya属蓝细菌样本。近几十年来科学家对该属海洋蓝细菌进行不断探索,其研究包括形态学以及亲缘特征上的研究、光合作用研究、共生微生物种群的研究、生长条件及其天然产物化学的研究等。蓝细菌在不同环境和条件下可以产生多种结构并具有广泛生物活性的次级代谢产物。环境中的温度、pH、磷含量、氮含量以及共生菌等因素均能在不同程度上影响蓝细菌其次级代谢产物的生成。研究表明蓝细菌的次级代谢产物具有多种生物活性包括细胞毒活性、抗炎活性、神经调节活性、抗菌活性、卤虫毒性等 ,其部分生物活性与其在生态系统中的作用相互匹配。

Leptolyngbya属蓝细菌的化学结构多样性

本文总结了近年来从Leptolyngbya属海洋蓝细菌分离得到次级代谢产物的最新研究进展。研究表明其次级代谢产物中最常见的结构类型为多肽,包括已被广泛研究具有细胞毒活性的Coibamide A 及其系列天然或合成结构以及Dolastatin系列化合物中的Dolastatin 12 (图 1)。与此同时,近年来从Leptolyngbya属海洋蓝细菌中同时分离得到了一系列简单脂结构、大环内酯、吡喃酮类、多环芳烃、恶唑啉等结构 (图 1),这些结构均在不同程度上体现出多种生物活性,其中包括细胞毒活性、抗炎活性、抗氧化活性、神经调节活性等 (表 1)。本文同时总结了该属海洋蓝细菌中发现的毒性及非毒性代谢产物、多酚类化合物、嗅味化合物及色素等 (图 1)。

表 1. 部分 Leptolyngbya属海洋蓝细菌次级代谢产物及其生物活性。

图 1. 部分 Leptolyngbya属海洋蓝细菌次级代谢产物。

Leptolyngbya属蓝细菌的实验培养

虽经过多方尝试,目前已知仅有少数Leptolyngbya属蓝细菌样品可以实现实验室环境培养,这也是其相较于其他分布广泛的海洋蓝细菌属研究尚浅的重要原因之一。目前对Leptolyngbya属蓝细菌大部分的研究仍主要依赖于采集样本。在实验室培养研究方面,其最常见的培养基为BG11培养基,主要包含人工海盐、微量元素混合物、维他命混合物以及去离子水等成分。通常情况下,即便可以实现实验室环境培养,Leptolyngbya属蓝细菌在实验室环境下较于其他藻类或微生物仍旧生长极其缓慢。除少量产率极高或结构较为简单的次级代谢产物外,其天然产物化学的研究进展主要受限于有限的生物样本量。

结论

Leptolyngbya属蓝细菌作为广泛分布于生态系统中的原核生物,是结构新颖且具有良好生物活性天然产物的重要来源。目前虽然已对该属蓝细菌的生理特征等方面已进行了详细的探索,但相较于其他同样广泛分布的蓝细菌属,对Leptolyngbya属蓝细菌的研究在天然产物化学、生理活性或生物合成方面均研究尚浅。其主要原因主归结为生物样本量低。目前最有效的解决方式可以通过实验室培养,培养环节不仅有助于提高生物样本量以促进新结构的发现,同时也有助于深入探索Leptolyngbya属蓝细菌的基因特征,从而对其次级代谢产物的生物合成途径进行探索。

该研究成果以“The Chemistry, Biochemistry and Pharmacology of Marine Natural Products from Leptolyngbya, a Chemically Endowed Genus of Cyanobacteria”为题,发表于化学药物类期刊Marine Drugs (DOI: 10.3390/md18100508)。李玥嬴博士为第一作者,管华诗院士和William H. Gerwick 教授为共同通讯作者。

期刊简介

Marine Drugs (ISSN 1660-3397; IF 4.073) 是国际型开放获取期刊之一,主题涵盖所有来自海洋活性物质的研究,涉及其发现、鉴定及各方面的应用。Marine Drugs目前已被SCIE、Scopus等重要数据库收录。采取同行评审,一审周期约为12.3天,文章从投稿到发表平均处理时间仅需33天。

 
 
 
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