微生物代谢物组

挖掘微生物代谢物组——一个发现天然先导物的新领域1、背景1.1天然产物一直以来都是制药工业中先导化合物的重要来源。1.2新型结构化合物的发现率正在逐年下降，因此迫切的需要寻找一种具有化学多样性的生化产物来作为替代。1.3微生物基因序列工程已经揭示了“静止生物合成基因簇”的存在，尽管这种基因簇目前还无法探测。1.4所有这些具有分子多样性的来源都可能包含这具有潜在价值的代谢产物。因此，使用微生物作为宿主来表达这些基因簇，并通过对这些微生物代谢物进行完整的分析，对于发现自然界中未知的代谢产物以及天然药物的开发都是非常重要的。2、传统发现先导物的方法完整的筛选库的标准是很难定义的，因为几乎不可能有一个单独的筛选库能够满足所有的要求。目前比较公认的是，一个好的筛选库应该包含了尽可能多的独特的化学结构实体。通过组合化学法合成筛选库这个概念的提出，的确在上世纪80年代在制药界掀起了一场风暴。Figure2:传统的培养基法从土壤中分离放线菌天然产物。首先将土壤制成混悬液，然后经过一系列的稀释，再接种到合适的培养介质中，并且还要加入能避免其他一些快速繁殖菌繁殖的介质。于是一些稀有种属就能够通过分子、细菌学方法从土壤中筛选出来。在过去，对这些有机物总分的分析通常是很随机的，因为过去对样品材料微生物多样性的知识很少，而且分离方法也偏向于一些快速繁殖菌属，例如链球菌属。同时也缺少一种合适的分级工具来对所得到的数量庞大的分离物进行分析。所以采用分析总分的方法只能分析范围很窄的化学结构。3、目前，情况有所改善，那就是使用分子技术对环境材料进行预筛选。例如使用PCR法对含有16SRNA基因的检测来确定微生物的分子差异。这有助于我们使用恰当的方法将我们感兴趣的种属分离出来。对分离产物的分析结果也能够逐渐地完善数据的建设，这是一个非常重要的步骤。因为虽然单一组分具有合成不止一种次级代谢物的基因潜力，但是假如对多种组分进行筛选的话，那么发现新化合物的几率会大大增加。对总分进行细分可以用到的方法有化学指纹图谱法：高温裂解法、傅里叶转换红外光谱法，以及基因指纹图谱法：例如限制性内切酶-PCR法。提到了一个天然产物的筛选数据库《抗生素杂志》，提到在过去50年里有超过5000种新的具有生物活性的代谢物从微生物中被分离得到。这些新发现的代谢物有很多正在进行先到药物的开发。4、隐性基因簇的发现具有隐性基因簇的菌株被认为具有发现新的先导物的潜力。基因测序工程揭示了这些隐性基因簇与已知的次级代谢物具有相同的代谢途径。在未来可以使用一种功能性的基因组来作为次级代谢的通用调控子。这种调控子包含了可以激活沉默代谢途径的基因。5、重视自然界强大的生物合成潜力放线菌的例子6、对微生物代谢组的测定对于代谢基因组的数据库来说，任何对代谢基组分的分析都必须要有很高的输出量（因为经验告诉我们任何一次的实验都会有数以千计的克隆产物生成）光谱技术很适合用来测定化学组分。而像质谱这样的技术在得到结果的同时也会损坏菌体。因此我们更喜欢用近红外光谱法—一种在微生物发酵中常用到的方法。优点：可直接在培养中使用，不需要对样品进行预处理，不会损失或损伤培养物，大约30s就能出结果，能够高效输出。未来展望：1、对可培养微生物隐性生物合成途径的异源性表达的研究2、直接从土壤中提取物的DNA表达总之，发现新的先导药物最终取决于对目标物进行生物活性成分的筛选，这个过程也是药物发现进程中的一个新的难点。