高产灵菌红素的研究进展

摘要: 灵菌红素是一类含甲氧基吡咯骨架结构的天然色素，是一些放线菌、沙雷菌及其他细菌的次级代谢产物，具有免疫抑制、抗细菌、抗真菌和抗疟疾等多种生物活性。最近研究表明灵菌红素有很强的抗肿瘤及免疫抑制活性，因而成为研究热点。所以如何获得高产灵菌红素的菌株也成为了人们研究的目标。现在我对如何筛选获得高产菌株方法，原理，生物活性、生产现状及发展趋势作一综述。

关键词：灵菌红素 高产菌株 筛选 产量 接种量 摇瓶发酵工艺 培养基组成 装液量 生物量

一：1粘质沙雷氏菌(S.marcescens AB 90027)为出发菌株,采用传统物理化学[紫外诱变(LiCl)和微波诱变]诱变方法,筛选得到了遗传性状较稳定的高产菌株YW-1,生产灵菌红素的能力较原菌株有了很大的提高,摇瓶发酵产量为95±5 mg/L,比出发菌株(35±5 mg/L)提高了近1.7倍. 对YW-1发酵条件的研究发现,该菌株发酵产灵菌红素的机制不同于以往文献报道的其它灵菌红素产生菌.该菌合成灵菌红素是pH下降的过程,最适pH范围为5-7.而前人研究发现Serratia细胞合成灵菌红素是一个产酸即pH降低的过程,其变化一般在5.5～9.5,最适.pH范围为8.5-9.0.通过摇瓶发酵培养基和发酵条件的优化,提高了灵菌红素的产量、产率,缩短了发酵周期,40h发酵过程灵菌红素产量可达到近700mg/L,为灵菌红素工业大规模生产奠定基础. 利用硅胶柱层析分离方法,可大量处理样品并得到较高的纯度.分离得到的产物利用HPLC、UR、IR等方法进行了鉴定,确认产物为灵菌红素.对其不同存在状态下的稳定性研究发现,灵菌红素对温度稳定,对光敏感,且固态比液态稳定,固态避光条件下则稳定性最高.

2通过紫外线—氯化锂复合处理灵菌红素生产菌沙雷氏菌 ( Serratia sp1)

W 0206 , 用高浓度葡萄糖为碳源的选择性平板定向筛选抗葡萄糖分解代谢物阻遏的高产株 ,

筛得高产突 变株B220 , 相对于原始菌株 , B220 摇瓶发酵灵菌红素产量提高了3 倍 ,

5 L 反应器上的产量提高了63 % 。

灵菌红素族 (Prodigiosins)是一个天然红色素家族的总称，包括 Prodigiosin Prodi2

giosin 252C , Metacycloprodigiosin , Uncedylprodigiosin 等 , 可以由多种放线菌和细菌产生。

这一族色素通常都具有甲氧基吡咯的骨架结构 , 有一定的免疫抑制性质。

近年 , 研究人员的注意力都集中在由沙雷氏菌产生的灵菌红素潜在的临床应用上

面。灵菌红素 (Prodigiosin) 是一种很有潜力的抗肿瘤药物 , 灵菌红素对人结肠腺癌细

胞DLD21 与 SW2620 及人胃癌细胞株 HGT21 的实验均证实其对这些肿瘤细胞有诱导凋亡作用。美国国立癌症研究所 NSI证实灵菌红素在平均 IC 为211 molΠL 时对 57

-50同的人癌细胞有抗性作用 , 在相同的用剂量下 , 对正常细胞无任何毒害作用。本实

验以沙雷氏菌W 0206 为出发菌株 , 通过对氯化锂前处理过的细胞进行紫外诱变 ,

以含 高浓度葡萄糖的培养基筛选得到一株灵菌红素的高产突变株B220 。

4对分离自广东大亚湾表层海水的一株海洋细菌(Pseudomonassp.)所产的灵菌红素,作了提取和稳定性分析,探讨了酸度、温度、紫外线、金属离子对色素稳定性的影响.结果证明,灵菌红素在pH 2～pH 5之间稳定性很好,在碱性环境中稳定性差;在pH=3时该色素的热稳定性好,pH>5时其热稳定性较差;紫外线随溶液的pH增大对色素的稳定性影响越大,pH=9时的影响最大;Zn对该色素有增色作用,Mg和Mn则有一定的破坏作用,Pb2+可以使色素产生沉淀,其它金属离子影响不大.总之,该灵菌红素各种性质比较稳定,具有作为一种天然色素资源的开发和应用价值.

从大亚湾表面海水中分离到的1 株海洋产灵菌红素细菌的分子鉴定结果.

通 过对该菌株 16S rRNA 基因的测定与分析 , 并与 Genbank 的数据进行比较 ,

认为该菌属于假单 胞菌属而不是色杆菌属. 对于该菌株种的确定尚需进一步实验研究.

海洋生物资源的研究和开发越来越受到世界各国的重视 , 已成为目前相当活跃的研究

领域之一. 众所周知, 微生物在生态环境中起极其重要的作用 , 同时又是许多新药物新材料的潜在来源 ,开发和利用海洋势必加强对海洋微生物的研究和开发.

但由于海洋独特的

环境 , 包括高盐、高压、低营养、低温等 , 造就了海洋微生物有别于陆生微生物的许多特 异性 , 如不易培养 , 形态多变等 , 这些特异性在传统分类鉴定方法中常导致对它们种类区 分的困难和错误 , 阻碍了海洋微生物研究和开发的深入. 随着分子生物学理论和技术的迅 速发展 , 从遗传进化的角度去认识细菌 , 从分子水平对细菌进行分类鉴定的方法已日趋完 善 , 应用这些方法对海洋细菌进行分析并配合传统分类鉴定法将使人们在一定程度上更科 学、更精确地找到海洋分离物的分类地位. 本文报道从大亚湾表面海水中分离到的一株海 洋产灵菌红素细菌的分子鉴定. 该菌株在形态和生理活性上与色杆菌属 ( Chromobacterium) 的紫色色杆菌 ( c1violaceum) 和假单孢菌属

( Pseudomonas) 均有一定的相似性 , 很难判断 其分类位置. 由于该菌所含的灵菌红素有望作为天然色素或抗菌素开发利用 , 因此 , 有必 要对该菌进行准确的鉴定. 我们通过对核糖体基因的测定与分析 , 从基因水平对所分离的 这一海洋菌株进行了分子鉴定.

[1] 郭笃发，陈友云. 对硒抗癌作用的辨析[J]. 山东师大学报(自然科学版) , 1995,(03)

[2] 王俊丽, 彭士琪, 葛会波. 生物技术在果树学研究中的应用[J]. 河北大学学报(自然科学版) , 2002,(02)

[3] 黄伟其, 蔡绍洪, 吉世印, 陈尔纲. 光通信中的物理瓶颈[J]. 贵州大学学报(自然科学版) ,

2002,(01)

[4] 陶金莉, 沈亚领, 魏东芝, 周劲松, 王梁华. 产灵菌红素沙雷氏菌的诱变育种[J]. 微生物学通报 , 2004,(02)

[5] 谢刚生. 地理信息系统中的热点问题综述[J]. 华东地质学院学报 , 1999,(02)

[6] 张振学, 姚新生. 药用植物缬草的生物活性研究进展与开发[J]. 沈阳药科大学学报 ,

2000,(03)

[7] 向忠志. 世界生物技术发展现状综述[J]. 达县师范高等专科学校学报 , 2004,(02)

[8] 陈安平. Hopfield神经网络研究进展[J]. 郴州师范高等专科学校学报 , 2001,(02)

[9] 刘思峰, 林益, D·H·麦克尼尔. 系统科学研究进展综述[J]. 浙江万里学院学报 , 2003,(02)

[10] 李强, 韩一凡. 现代生物技术综述[J]. 世界林业研究 , 1998,(03)

[11] 吴健,戴桂馥,张凤秋,路磊. UV辐射对金鱼受精卵和幼胚发育的影响[J]辐射研究与辐射工艺学报 , 2005,(04) .

[12] 张忠明. 高产醋酸菌的筛选及其形态生化特征研究[J]甘肃农业大学学报 , 2006,(01) .

[13] 高玉荣,李大鹏. 利用原生质体诱变育种选育富硒能力强的酵母菌株[J]微生物学通报 ,

2005,(02) .