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深海微生物的研究进展范文1
关键词 固定化微生物技术；概念；印染废水特征；处理方式
中图分类号 X7 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)031-0157-01
1 固化微生物技术的概念
微生物固定化技术诞生于20世纪60年代，是固定化酶技术在发展中逐渐演变形成的一种高效的生物技术。这种技术是物理及化学措施的协助下，把处于游离状态的细胞固定在预期规定的范围之内，让细胞聚集在一起，确保其具有很高的活性及反复利用的可能性，进而提升生物系统整体的适应及处理能力。采用这种技术来对废水进行处理，在处理反应器里中可以获得聚集量比较高的微生物，能够迅速产生反应，同时还可以有效避免污泥处理之后再次发生污染。在这种技术形式下，可以将具有优势的菌种充分聚集起来，营造一个优异的微环境，促进微生物获得更快更好的繁殖；而且能够同时施行硝化与反硝化，两个过程并不会发生冲突，生物获得理想的脱氮速率，整体效率非常高。微生物固定化技术具有很强的抗冲击、抗毒作用，在复杂的废水成分中呈现良好的适应性。
2 印染废水的特征
印染废水是一种非常难以进行降解的工业废水，其水质及水量存在的不定性因素非常多，随时都可能发生巨大的改变，水质的构成成分比较复杂，含有高浓度的有机污染物。这种工业废水的色度深，pH值十分高，只存在较低的可生化性。目前印染废水是我国水质及水环境污染的重要元素，各种各样有害物质包含在其复杂的水质中，对常规生物的生长繁殖，甚至生存产生了非常消极的影响。其中印染废水的色度问题是最难解决的，与标准排放要求之间还是存在着一定的距离。
3 印染废水的固定化微生物处理方式
将固定混合脱色菌与固定化微生物技术有机融合起来，对工业印染废水施行全面细致的处理，得出相关的数据显示，两者结合使用可以获得非常理想的效果，印染废水在处理之后可以获得85.15%的脱色率。以下是及种固定化微生物处理工业印染废水的有效方式。
3.1 选择使用海藻酸钠的处理方式
在这种方式中，使用海藻酸钠将白腐真菌F29固定在限定的范围之内。然后把海藻酸钠分别放入三个具有差异性的生物反应器里，观察其反映在偶氮染料Orange上的作用情况，测定并记录脱色获得的效果。经过较长一段时间的观察及记录可以知道，这三个差异性生物反应器全部都能够获得理想的脱色效果，脱色能力具有高效稳定的特点，最终的脱色率都超过95%。
3.2 选择使用聚集-交联固定法和吸附法
在这种方式中，PSB即紫色非硫光合细菌混合菌体将会被固定在限定的区域之内，实现含酚废水及工业印染废水满足标准排放要求的目的。紫色非硫光合细菌混合菌体如果处于厌氧及光照环境中，会非常容易被表面多孔、粗糙、具有很强吸附能力的载体所吸引，从而依附在载体上，例如沸石、石英砂、活性炭等。紫色非硫光合细菌混合菌体不会被强度较大的水力冲刷掉，可以获得的脱色率范围在81%至97.8%之间，CODcr去除率则处于52%与75.6%之间。若聚集-交联固定的紫色非硫光合细菌混合菌体得到解毒活化，将会有效提高酶的活性，脱氢酶的活力将会超过自然细胞一倍以上，脱色的速度提升30%。
3.3 选择施行印染废水脱色实验研究
这种脱色实验研究方式主要采用聚乙烯醇来将混合细菌细胞固定在限定的区域之内。实验得出的相关数据及结果显示，和自然细胞进行比较，混合细菌细胞在被固定之后，针对工业印染废水的脱色活性来说，最理想的温度应该维持在30℃至40℃，pH的值则等于7.0。但是当pH的值在6.0至8.0之间，温度在25℃至40℃之间，将会获得较高水平的脱色活性，热稳定性也得到显著提升。在持续一个月时间的试验研究里，水力停留的时间在不超过三个小时的时候，脱色率将会保持在70%至80%之间，满足了废水处理的标准要求，具有非常高的应用价值。
3.4 选择使用包埋固定化微生物的方式
琼脂作为包埋物，把蜡状芽孢杆菌包埋起来施行酸性红B的脱色实验分析研究，当进水的浓度为42.1 mg/L的时候，可以获得87%的平均脱色率。
3.5 选择使用深海锰结核的方式
深海锰结核作为固定化载体处理工业印染废水的时候，HRT值等于100小时，可以获得90%的脱色率，80%的COD清除率。这种处理形式方法的有效寿命要比无菌体等量活性炭方式长，使用纤维挂条作为固定化载体将脱色菌固定在限定范围之内，对工业印染废水进行处理，获得的效果和使用同样接种量无载体的游离菌液处理方式是一样的，都能满足标准的排放要求，处理废水使用的时间少于处理游离菌液使用的时间。使用核桃壳颗粒固定优势菌模拟方式处理印染废水，并检测获得实际水样的数据，发现水质的COD消除率是94.5%，浓度低于160 mg/L，脱色率是99.3%，色度小于5倍。
4 结束语
固定化微生物技术是一种在人工强化作用下，持续提升微生物反应能力的印染废水处理方式，在这种方式下，能够获得令人满意的水质，缓解了我国近几年来水体生态系统所承受的污染压力，同时也有效的改善了人们的生活环境。本文通过阐述固定化微生物技术的改概念，分析印染废水的水质特征，提出固定化微生物技术在印染废水处理中的若干种有效应用形式，希望能够给予废水处理工作者一些工作上的借鉴或帮助，为改善我国水质环境贡献一份微薄的力量。
参考文献
[1]张旭,陈胜,孙德智.印度废水生物法处理技术研究进展[J].长春工业大学学报(自然科学版),2009,01.
[2]臧艺鹏,李悦,曲洋,孔范龙,郗敏.固定化微生物技术―载体截留法在污水生物处理中的研究应用[J].科技信息,2010,07.
[3]刘帅,张培玉,曲洋,郭沙沙.包埋法固定化微生物技术中的载体选择及在污水生物处理中的应用[J].河南科学,2009,05.
深海微生物的研究进展范文2
关键词海洋生物技术发展展望
近10年来，由于海洋在沿海国家可持续发展中的战略地位日益突出，以及人类对海洋环境特殊性和海洋生物多样性特征的认识不断深入，海洋生物资源多层面的开发利用极大地促进了海洋生物技术研究与应用的迅速发展。1989年首届国际海洋生物技术大会（以下简称MPS大会）在日本召开时仅有几十人参加，而1997年第四届IMBC大会在意大利召开时参加入数达1000多人。现在IMBC会议已成为全球海洋生物技术发展的重要标志，出现了火红的局面。《IMBC2000》在澳大利亚刚刚开过，《IMBC2003》的筹备工作在日本已经开始，以色列为了举办们《IMBC2006》早早作了宣传，并争到了举办权。每3年一届的IMBC不仅吸引了众多高水平的专家学者前往展示与交流研究成果，探讨新的研究发展方向，同时也极大地推动了区域海洋生物技术研究的发展进程。在各大洲，先后成立了区域性学术交流组织，如亚太海洋生物技术学会、欧洲海洋生物技术学会和泛美海洋生物技术协会等。各国还组建了一批研究中心，其中比较著名的为美国马里兰大学海洋生物技术中心、加州大学圣地亚哥分校海洋生物技术和环境中心，康州大学海洋生物技术中心，挪威贝尔根大学海洋分子生物学国际研究中心和日本海洋生物技术研究所等。这些学术组织或研究中心不断举办各种专题研讨会或工作组会议研究讨论富有区域特色的海洋生物技术问题。1998年在欧洲海洋生物技术学会、日本海洋生物技术学会和泛美海洋生物技术协会的支持下，原《海洋生物技术杂志》与《分子海洋生物学和生物技术》合刊为《海洋生物技术》学报（以下简称MBT），现在它已成为一份具有权威性的国际刊物。海洋生物技术作为一个新的学科领域已明确被定义为“海洋生命的分子生物学如细胞生物学及其它的技术应用”。
为了适应这种快速发展的形势，美国、日本、澳大利亚等发达国家先后制定了国家发展计划，把海洋生物技术研究确定为21世纪优先发展领域。1996年，中国也不失时机地将海洋生物技术纳入国家高技术研究发展计划（863计划），为今后的发展打下了基础。不言而喻，迄今海洋生物技术不仅成为海洋科学与生物技术交叉发展起来的全新研究领域，同时，也是21世纪世界各国科学技术发展的重要内容并将显示出强劲的发展势头和巨大应用潜力。
1．发展特点
表1和表2列出的资料大体反映了当前海洋生物技术研究发展的主要特点。
1.1加强基础生物学研究是促进海洋生物技术研究发展的重要基石
海洋生物技术涉及到海洋生物的分子生物学、细胞生物学、发育生物学、生殖生物学、遗传学、生物化学、微生物学，乃至生物多样性和海洋生态学等广泛内容，为了使其发展有一个坚实的基础，研究者非常重视相关的基础研究。在《IMBC2000》会议期间，当本文作者询问一位资深的与会者：本次会议的主要进步是什么？他毫不犹豫的回答：分子生物学水平的研究成果增多了。事实确实如此。近期的研究成果统计表明，海洋生物技术的基础研究更侧重于分子水平的研究，如基因表达、分子克隆、基因组学、分子标记、海洋生物分子、物质活性及其化合物等。这些具有导向性的基础研究，对今后的发展将有重要影。
1.2推动传统产业是海洋生物技术应用的主要方面
目前，应用海洋生物技术推动海洋产业发展主要聚焦在水产养殖和海洋天然产物开发两个方面，这也是海洋生物技术研究发展势头强劲。充满活力的原因所在。在水产养殖方面，提高重要养殖种类的繁殖、发育、生长和健康状况，特别是在培育品种的优良性状、提高抗病能力方面已取得令人鼓舞的进步，如转生长激素基因鱼的培育、贝类多倍体育苗、鱼类和甲壳类性别控制、疾病检测与防治、DNA疫苗和营养增强等；在海洋天然产物开发方面，利用生物技术的最新原理和方法开发分离海洋生物的活性物质、测定分子组成和结构及生物合成方式、检验生物活性等，已明显地促进了海洋新药、酶、高分子材料、诊断试剂等新一代生物制品和化学品的产业化开发。
表1近期IMBC大会研讨的主要内容
表2近期IMBC大会和《MarineBiotechnology》学报论文统计表
1.3保证海洋环境可持续利用是海洋生物技术研究应用的另一个重要方面
利用生物技术保护海洋环境、治理污染，使海洋生态系统生物生产过程更加有效是一个相对比较新的应用发展领域，因此，无论是从技术开发，还是产业发展的角度看，它都有巨大的潜力有待挖掘出来。目前已涉及到的研究主要包括生物修复（如生物降解和富集、固定有毒物质技术等）、防生物附着、生态毒理、环境适应和共生等。有关国家把“生物修复”作为海洋生态环境保护及其产业可持续发展的重要生物工程手段，美国和加拿大联合制定了海洋环境生物修复计划，推动该技术的应用与发展。
1.4与海洋生物技术发展有关的海洋政策始终是公众关注的问题
其中海洋生物技术的发展策略、海洋生物技术的专利保护、海洋生物技术对水产养殖发展的重要性、转基因种类的安全性及控制问题、海洋生物技术与生物多样性关系以及海洋环境保护等方面的政策、法规的制定与实施倍受关注。
2.重点发展领域
当前，国际海洋生物技术的重点研究发展领域主要包括如下几个方面：
2.1发育与生殖生物学基础
弄清海洋生物胚胎发育、变态、成熟及繁殖各个环节的生理过程及其分子调控机理，不仅对于阐明海洋生物生长、发育与生殖的分子调控规律具有重要科学意义，而且对于应用生物技术手段，促进某种生物的生长发育及调控其生殖活动，提高水产养殖的质量和产量具有重要应用价值。因此，这方面的研究是近年来海洋生物技术领域的研究重点之一。主要包括：生长激素、生长因子、甲状腺激素受体、促性腺激素、促性腺激素释放激素、生长一催乳激素、渗透压调节激素、生殖抑制因子、卵母细胞最后成熟诱导因子、性别决定因子和性别特异基因等激素和调节因子的基因鉴定、克隆及表达分析，以及鱼类胚胎于细胞培养及定向分化等。
2.2基因组学与基因转移
随着全球性基因组计划尤其是人类基因组计划的实施，各种生物的结构基因组和功能基因组研究成为生命科学的重点研究内容，海洋生物的基因组研究，特别是功能基因组学研究自然成为海洋生物学工作者研究的新热点。目前的研究重点是对有代表性的海洋生物（包括鱼、虾、贝及病原微生物和病毒）基因组进行全序列测定，同时进行特定功能基因，如药物基因、酶基因、激素多肽基因、抗病基因和耐盐基因等的克隆和功能分析。在此基础上，基因转移作为海洋生物遗传改良、培育快速生长和抗逆优良品种的有效技术手段，已成为该领域应用技术研究发展的重点。近几年研究重点集中在目标基因筛选，如抗病基因、胰岛素样生长因子基因及绿色荧光蛋白基因等作为目标基因；大批量、高效转基因方法也是基因转移研究的重点方面，除传统的显微注射法、基因枪法和携带法外，目前已发展了逆转录病毒介导法，电穿孔法，转座子介导法及胚胎细胞介导法等。
2.3病原生物学与免疫
随着海洋环境逐渐恶化和海水养殖的规模化发展，病害问题已成为制约世界海水养殖业发展的瓶颈因子之一。开展病原生物（如细菌、病毒等）致病机理、传播途径及其与宿主之间相互作用的研究，是研制有效防治技术的基础；同时，开展海水养殖生物分子免疫学和免疫遗传学的研究，弄清海水鱼、虾、贝类的免疫机制对于培育抗病养殖品种、有效防治养殖病害的发生具有重要意义。因此，病原生物学与免疫已成为当前海洋生物技术的重点研究领域之一，重点是病原微生物致病相关基因、海洋生物抗病相关基因的筛选、克隆，海洋无脊椎动物细胞系的建立、海洋生物免疫机制的探讨、DNA疫苗研制等。
2.4生物活性及其产物
海洋生物活性物质的分离与利用是当今海洋生物技术的又一研究热点。现人研究表明，各种海洋生物中都广泛存在独特的化合物，用来保护自己生存于海洋中。来自不同海洋生物的活性物质在生物医学及疾病防治上显示出巨大的应用潜力，如海绵是分离天然药物的重要资源。另外，有一些海洋微生物具有耐高温或低温、耐高压、耐高盐和财低营养的功能，研究开发利用这些具特殊功能的海洋极端生物可能获得陆地上无法得到的新的天然产物，因而，对极端生物研究也成为近年来海洋生物技术研究的重点方面。这一领域的研究重点包括抗肿瘤药物、工业酶及其它特殊用途酶类、极端微生物定功能基因的筛选、抗微生物活性物质、抗生殖药物、免疫增强物质、抗氧化剂及产业化生产等。
2.5海洋环境生物技术
该领域的研究重点是海洋生物修复技术的开发与应用。生物修复技术是比生物降解含义更为广泛，又以生物降解为重点的海洋环境生物技术。其方法包括利用活有机体、或其制作产品降解污染物，减少毒性或转化为无毒产品，富集和固定有毒物质（包括重金属等），大尺度的生物修复还包括生态系统中的生态调控等。应用领域包括水产规模化养殖和工厂化养殖、石油污染、重金属污染、城市排污以及海洋其他废物（水）处理等。目前，微生物对环境反应的动力学机制、降解过程的生化机理、生物传感器、海洋微生物之间以及与其它生物之间的共生关系和互利机制，抗附着物质的分离纯化等是该领域的重要研究内容。
3.前沿领域的最新研究进展
3.1发育与生殖调控
应用GIH（性腺抑制激素）和GSH（性腺刺激激素）等激素调控甲壳类动物成熟和繁殖的技术[1]，研究了甲状腺激素在金绍生长和发育中的调控作用，发现甲状腺激素受体mRNA水平在大脑中最高，在肌肉中最低，而在肝、肾和鳃中表达水平中等，表明甲状腺素受体在成体金银脑中起着重要作用[1]，对海鞘的同源框（Homeobox）基因进行了鉴定，分离到30个同源框基因[1]，建立了青鳉的同源框（Homeobox）基因[1]，建立了青鳉胚胎干细胞系并通过细胞移植获得了嵌合体青鳉[1]，建立了虹鳟原始生殖细胞培养物并分离出Vasa基因[2]，进行斑节对虾生殖抑制激素的分离与鉴定[2]，应用受体介导法筛选GnRH类似物，用于鱼类繁殖[2]，建立了海绵细胞培养技术，用于进行药物筛选[2]，建立了将海胆胚胎作为研究基因表达的模式系统[2]，通过基因转移开展了海胆胚胎工程的研究[2]，研究了人葡糖转移酶和大鼠已糖激酶cDNA在虹鳟胚胎中的表达［3］，建立了通过细胞周期蛋白依赖的激酶活性测定海水鱼苗细胞增殖速率的方法[3]，研究了几丁质酶基因在斑节对虾蜕皮过程中的表达［4］，从海参分离出同源框基因，并进行了序列的测定[4]。
3.2功能基因克隆
建立了牙鲆肝脏和脾脏mRNA的表达序列标志，从深海一种耐压细菌中分离到压力调节的操纵子，从大西洋鲑分离到雌激素受体和甲状腺素受体基因，从挪威对虾中分离到性腺抑制激素基因[1]；将DNA微阵列技术在海绵细胞培养上进行了应用，构建了班节对虾遗传连锁图谱，建立了海洋红藻EST，从海星卵母细胞中分离出成熟蛋白酶体的催化亚基，初步表明硬骨头鱼类IGF－I原E一肽具有抗肿瘤作用[2]；构建了海洋酵母De—baryomyceshansenii的质粒载体，从鲤鱼血清中分离纯化出蛋白酶抑制剂，从兰蟹血细胞中分离到一种抗菌肽样物质，从红鲍分离到一种肌动蛋白启动子，发现依赖于细胞周期的激酶活性可用作海洋鱼类苗种细胞增殖的标记，克隆和定序了鳗鱼细胞色素P4501AcD－NA，通过基因转移方法分析了鳗细胞色素P450IAI基因的启动子区域，分离和克隆了鳗细胞色素P450IAI基因，建立了适宜于沟绍遗传作图的多态性EST标记，构建了黄盖鲽EST数据库并鉴定出了一些新基因，建立了班节对虾一些组织特异的EST标志，从经HirameRhabdovirus病毒感染的牙鲆淋巴细胞EST中分离出596个cDNA克隆[3]；用PCR方法克隆出一种自体受精雌雄同体鱼类的ß一肌动蛋白基因，从金鲷cDNA文库中分离出多肽延伸因子EF－2CDNA克隆，在湖鳟基因组中发现了TC1样转座子元件[4]；鉴定和克隆出的基因包括：南美白对虾抗菌肽基因、牡蛎变应原（allergen）基因、大西洋鳗和大西洋鲑抗体基因、虹鳟Vasa基因、青鳉P53基因组基因、双鞭毛藻类真核启始因子5A基因、条纹鲈GtH（促性腺激素）受体cDNA、鲍肌动蛋白基因、蓝细菌丙酮酸激酶基因、鲤鱼视紫红质基因调节系列以及牙鲆溶菌酶基因等［1—4］。
3.3基因转移
分离克隆了大马哈鱼IGF基因及其启动子，并构建了大马哈鱼IGF（胰岛素样生长因子）基因表达载体[1]。通过核定位信号因子提高了外源基因转移到斑马鱼卵的整合率[1]，建立了快速生长的转基因罗非鱼品系并进行了安全性评价；对转基因罗非鱼进行了三倍体诱导，发现三倍体转基因罗非鱼尽管生长不如转基因二倍体快，但优于未转基因的二倍体鱼，同时，转基因三倍体雌鱼是完全不育的，因而具有推广价值[2]；研究了超声处理促进外源DNA与金鲷结合的技术方法，将GFP作为细胞和生物中转基因表达的指示剂；表明转基因沟鲶比对照组生长快33％，且转基因鱼逃避敌害的能力较差，因而可以释放到自然界中，而不会对生态环境造成大的危害[3]；应用GFP作为遗传标记研究了斑马鱼转基因的条件优化和表达效率[3]；在抗病基因工程育种方面，构建了海洋生物抗菌肽及溶菌酶基因表达载体并进行了基因转移实验[2]；在转基因研究的种类上，目前已从经济养殖鱼类逐步扩展到养殖虾、贝类及某些观赏鱼类[2.3]。通过基因枪法将外源基因转到虹鳟肌肉中获得了稳定表达[4]。
3.4分子标记技术与遗传多样性
研究了将鱼类基因内含子作为遗传多样性评价指标的可行性，应用SSCP和定序的方法研究了大西洋和地中海几种海洋生物的遗传多样性[1]。研究了南美白对虾消化酶基因的多态性[1]；利用寄生性原生动物和有毒甲藻基因组DNA的间隔区序列作标记检测环境水体中这些病原生物的污染程度，应用18S和5.8S核糖体RNA基因之间的第一个内部间隔区(ITC—1)序列作标记进行甲壳类生物种间和种内遗传多样性研究[2]；研究了斑节对虾三个种群的线粒体DNA多态性，用PCR技术鉴定了夏威夷Gobioid苗的种类特异性。通过测定内含子序列揭示了南美白对虾的种内遗传多样性，采用同功酶、微卫星DNA及RAPD标记对褐鳟不同种群的遗传变异进行了评价，在平鱼鉴定并分离出12种微卫星DNA，在美国加州鱿鱼上发现了高度可变的微卫星DNA[3]；弄清了一种深水鱼类（Gonostomagracile）线粒体基因组的结构，并发现了硬骨鱼类tRNA基因重组的首个实例，测定了具有重要商业价值的海水轮虫的卫星DNA序列，用RAPD技术在大鲮鲆和鳎鱼筛选到微卫星重复片段，从多毛环节动物上分离出高度多态性的微卫星DNA，用RAPD技术研究了泰国东部泥蟹的遗传多样性[3]；用AFLP方法分析了母性遗传物质在雌核发育条纹鲈基因组中的贡献[4]。
3.5DNA疫苗及疾病防治
构建了抗鱼类坏死病毒的DNA疫苗[1]；开展了虹鳟IHNVDNA疫苗构建及防病的研究，表明用编码IHNV糖蛋白基因的DNA疫苗免疫虹鳟，诱导了非特异性免疫保护反应，证明DNA免疫途径在鱼类上的可行性，从虹鳟细胞系中鉴定出经干扰素可诱导的蛋白激酶[2]；建立了养殖对虾病毒病原检测的ELISA试剂盒，用PCR等分子生物学技术鉴定了虾类的病毒性病原，将鱼类的非特异性免疫指标用于海洋环境监控，研究了抗病基因转移提高鲷科鱼类抗病力的可行性，研究了蛤类唾液酸凝集素的抗菌防御反映[2]；研究了一种海洋生物多糖及其衍生物的抗病毒活性[3]；建立了测定牡蛎病原的PCR—ELISA方法[3]；研究了LatrunculinB毒素在红海绵体内的免疫定位[4]。
3.6生物活性物质
从海藻中分离出新的抗氧化剂[1]，建立了大量生产生物活性化合物的海藻细胞和组织培养技术，建立了通过海绵细胞体外培养制备抗肿瘤化合物的方法[1]；从不同生物（如对虾和细菌）中鉴定分离出抗微生物肽及其基因，从鱼类水解产物中分离出可用作微生物生长底物的活性物质，海洋生物中存在的抗附着活性物质，用血管生成抑制剂作为抗受孕剂，从蟹和虾体内提取免疫激活剂，从海洋藻类和蓝细菌中纯化光细菌致死化合物，海星抽提物在小鼠上表现出批精细胞形成的作用，从海洋植物Zosteramarina分离出一种无毒的抗附着活性化合物，从海绵和海鞘抽提物分离出抗肿瘤化合物，开发了珊瑚变态天然诱导剂，从海胆中分离出一种抗氧化的新药，在海洋双鞭毛藻类植物中鉴定出长碳链高度不饱和脂肪酸（C28），表明海洋真菌是分离抗微生物肽等生物活性化合物的理想来源[2]；发现海洋假单胞杆菌的硫酸多糖及其衍生物具有抗病毒活性，从硬壳蛤分离出谷光甘肽一S一转移酶，从鲤血清中分离出丝氨酸蛋白酶抑制剂，从海绵中分离出氨激脯氨酸二肽酶，从一种珊瑚分离出具DNA酶样活性的物质，建立了开放式海绵养殖系统，为生物活性物质的大量制备提供了充足的海绵原料[3]；从虾肌水解产物中分离到抗氧化肽物质[4]；从一种海洋细菌中分离纯化出N一乙酸葡糖胺一6一磷酸脱乙酸酶[4]。
3.7生物修复、极端微生物及防附着
研究了转重金属硫蛋白基因藻类对海水环境中重金属的吸附能力，表明明显大于野生藻类[1]，研究了石油降解微生物在修复被石油污染的海水环境上的可疗性及应用潜力[1]；研究了海洋磁细菌在去除和回收海水环境中重金属上的应用潜力[1]；用Bacillus清除养鱼场污水中的氮，用分子技术筛选作为海水养殖饵料的微藻，开发了六价铬在生物修复上的应用潜力，分离出耐冷的癸烷降解细菌，研究了海洋环境中多芳香化烃的微生物降解技术[2]；从噬盐细菌分离出渗透压调节基因，并生产了重组Ectoine（渗透压调节因子），从2650米的深海分离到一种耐高温的细菌，这种细菌可用来分离耐高温和热稳定的酶，在耐高温的archaea发现了D型氨基酸和无氧氨酸消旋酶，测定了3种海洋火球菌的基因组DNA序列，借助于CROSS／BLAST分析进行了特定功能基因的筛选，从海底沉积物、海水和北冰洋收集了1000多种噬冷细菌，并从这些细菌中分离到多种冷适应的酶[2]；建立了一种测定藤壶附着诱导物质的简单方法，研究了Chlorophyta和共生细菌之间附着所必需的形态上相互作用，研究了珊瑚抗附着物质（dterpene）类似物的抗附着和麻醉作用[3]；分析了海岸环境中污着的起始过程，并对沉积物和附着物的影响进行了检测[4]。
4．展望与建议
深海微生物的研究进展范文3
关键词：海洋生物；抗肿瘤活性；进展
中图分类号：R979.1文献标识码：A文章编号：1672-979X(2007)03-0055-05
Advance on Marine Antitumor Active Products
WANG Shu-yuan, WANG Su-ying
（College of Biotechnology and Food Science, Tianjin University of Commerce, Tianjin 300134, China）
Abstract：Marine organism is likely to be a prolific source of new natural antitumor products. So far, a number of natural antitumor products with unique chemical structures have been isolated from marine sources and many of them have been identified as peptides, macrocyclic lactones, polysaccharides, alkaloids, terpenes, polyethers etc. Some of these marine products are expected to become new anticancer medicines. In this review, the recent research on marine antitumor products classified by chemical structures and physiological activities was summarized in china and abroad.
Key words：marine organisms; antitumor activity; progress
海洋环境的特殊性和多样性使海洋生物具有独特的代谢途径和遗传背景，并产生特殊结构和功能的活性物质。早在1578年明代医学家李时珍著的《本草纲目》就已收录了90多种海洋药物。海洋药物一直是海洋生物资源开发的热点，1967年世界第一届海洋药物研讨会标志着大规模研究海洋药物的开始。到目前为止，已从海洋生物中获得抗肿瘤、抗病毒、抗心脑血管疾病的新药，其中海洋生物抗肿瘤活性物质研究进展很快，是海洋药物开发的重要方向。现以化学结构为依据，海洋生物为对象，对肽类、大环内酯、多糖、生物碱、萜类、聚醚等抗肿瘤药物的生理功能和开发现状作一综述。
1 活性肽（active peptide）
海洋生物来源的抗肿瘤活性肽化学结构奇特、新颖并具有高活性、高药效性、稳定性好等特点，是海洋药物开发中研究的最早、最活跃的领域之一。
1976年Pettit首次从海兔（Dolabella auricularia）中发现环肽类抗肿瘤活性成分，其后从海兔中分离出一系列含量很低的小分子肽dolastatin 1～18，并对dolastatin 3，10，15的生理活性进行了深入的研究[1]，发现dolastatin 10对小鼠P388淋巴细胞白血病细胞的IC50为0.04 mg/L，其中dolastatin 10和15在美国已经合成并进入Ⅰ期和Ⅱ期临床试验，主要用于小细胞肺癌、卵巢癌、黑色素瘤和前列腺癌的治疗[2]。
除海兔外，因海绵含有大量的寄居微生物而成为抗肿瘤活性肽的又一重要来源。目前已从海绵中提取到结构新颖的肽类有70多种，其中以太平洋婆罗洲海绵Pseudaxlnyssasp中分离得到的环肽malay-siatin，对P388、KB细胞抑制率分别达到82%和70%。从日本采集的蒂壳海绵属海绵中分离得到5种杂环多肽theopederins A～E，对P388鼠白细胞具有强烈的细胞毒性，其IC50＜1μg/L。其中最有潜力的theopederin A对P388鼠白细胞有显著的抗肿瘤活性[3]。易杨华等[4]从我国西沙群岛永兴岛棕色海绵中用乙醇提取到一种新的phakellistatins类环肽化合物cycloheptapeptide，该化合物具有抗肿瘤活性。
继海兔、海绵后，海鞘也是抗肿瘤活性肽的重要资源。自1980年Ireland等从海鞘Lisso-clinum patella中分离到第一个具有抗肿瘤作用的环肽化合物以来，已发现的膜海鞘素系列环肽化合物达10种以上，其中didemnin A和didemnin B在体内外都具有抗肿瘤活性，didemnin B的Ⅰ期和Ⅱ期临床药理实验表明，对L1210白血病细胞的IC50为0.35 mg /L，主要功能是抑制黑色素瘤，卵巢癌，乳腺癌，肾癌等[5]。
研究者不仅在海兔、海绵和海鞘等低等动物中发现了多种抗肿瘤的活性肽，而且在海洋藻类和鱼类中也发现了高活性的抗肿瘤肽，如粗壮红翎藻凝集素和冻沙菜凝集素在体外能抑制白血病细胞L1210及小鼠乳腺癌细胞FM3A的增生，有望成为新的抗癌药；由鲑鱼、鳗鱼、鳟鱼等鳃体组织中提取的由32种氨基酸组成的鲑降钙素（salcalctionin）比猪降钙素活性高20倍，主要用来治疗骨转移性肿瘤的高钙血症及早期诊断甲状腺髓样；软体珊瑚Micromonaspora产生的一种新的缩酚酸肽thio-coraline，可抑制P388细胞的RNA 合成，对人黑色素瘤A-549，MEG-28和人结肠癌HT-29均有抑制作用，IC50值分别为0.008 μg/mL，0.002μg/mL，0.002 5μg//mL和0.01μg/mL [6-8]；李祺福等[9]从中国鳌血细胞中提取的相对分子质量小于14 400 的鳌素，对人肝癌SMMC-7721细胞的生长抑制率为55.5%；属于多肽类的鲨鱼软骨剂（SCP）对人红白血病K562细胞，人胃癌MGC803细胞和肝癌SMMC-7721细胞均有显著的抑制作用，IC50值分别为0.7 g/L，1 g/L和1 g/L。
2 大环内酯（macrocyclic lactone）
海洋生物体内的大环内酯类化合物大多具有抗肿瘤活性，主要分布在苔藓虫、藻类、海绵、软体动物和被囊动物中。
苔藓虫素是Pettit小组于1982年从草苔藓（Bugula neritina）中发现的大环内酯类抗肿瘤活性成分。累计发现的苔藓虫素有19种以上，其中化合物Ⅰ有很好的抗肿瘤活性，它不仅抑制RNA合成，而且可与蛋白激酶结合，刺激蛋白激酶磷酸化及激活完整的多核形白细胞，对P388白血病细胞IC50值为0.89μg/mL[10]。林厚文等[11]从中国南海产的总合草苔虫成功地分离出9种草苔虫内酯成分，其中bryostatin 19 对U937人单核细胞白血病细胞株具有显著的杀灭作用，IC50为2.8?0-3 μg/mL。经体外抗癌实验证明，总合草苔虫内酯对K562人红白血病细胞具有超强抑制作用，IC50＜1 fg/mL，是目前对此种癌细胞作用最强的天然产物，同时，对U 937人单核细胞白血病细胞株也有明显的抑制作用，IC50为1.7 μg/mL。总合草苔虫广泛分布于我国渤海到南海的西沙群岛多盐水域，资源丰富，值得开发研究。
amphidinolides 是从前沟藻属甲藻中分离得到的大环内酯类化合物，此类化合物都具有抗肿瘤生物活性，如amphidinoketideⅠ对人类克隆的肿瘤细胞HCT-115的体外IC50为4.98μg/mL，amphidinoketideⅠ则相对较弱，其IC50为73μg/mL；体外活性实验表明，amphidinolide B 对小鼠白血病细胞L1210 和KB人类上皮癌细胞的IC50为0.000 14μg/mL和0.004 2μg/mL，amphidinolide L对以上2种细胞的IC50则为0.092μg/mL和0.1μg/mL[12]。
Tapiolas等从加利福尼亚海沟一种珊瑚Paci figugia.sp的表面分离到的链霉菌培养物中发现了结构新颖的octalacions A和B，这2种化合物分别是寡霉素A的20-羟基衍生物和肠菌素的5-脱氧衍生物，是含有少见八元环内酯官能团的19碳酮基化合物。octalacions A在体外有抗B16-F17鼠黑色素瘤和HCT-116人胃瘤细胞活性，其IC50值分别为0.007 2μg/mL，0.5μg/mL。
Takahashi等[13]在海鱼Halichkoeres bleekeri的胃肠道中分离到S.hygroscopicus，此菌在人工海水培养基中可产生一种新的大环内酯类化合物halichomycin，此化合物在体外有抗P388细胞活性，其ID50值为0.13μg/mL。
从新西兰一种深水黄海绵Lissodendorgx.sp中获得一种具有极强抗肿瘤活性的聚醚大环内酯化合物isohomohalichondrin B，对P388细胞株的IC50为0.18 ng/mL，美国国立癌症研究所（NCI）对60种人肿瘤细胞株的体外筛选表明，其IC50平均为0.115 nmol/L[14]。从日本采集的大田软海绵（Halichondr-iaokadai）分离到一种聚醚大环内酯-大田软海绵素（halichondrin）B在体内有潜在的抗P388白血病细胞及B-16黑色素瘤细胞的活性[4]。
3 多糖（polysaccharide）及其衍生物
多糖除了参与体内各种生理活动的调节，刺激免疫细胞提高机体免疫功能外，还可特异性地抑制某些肿瘤细胞的增生。如海参黏多糖对MA-737乳腺癌和T-795肺癌的抑制率分别高达79%和60%以上，并能抑制MA-737乳腺癌的转移和Lewis肺癌的自然转移。刺参黏多糖能抑制小鼠S180肉瘤和乳腺癌细胞DNA的合成，促进正常肝细胞DNA的合成[15]。
海洋中具有抗肿瘤活性的多糖大多来源于藻类。海洋硫酸多糖聚古罗糖酯（912）是从海藻中提取分离并经化学修饰得到的海洋硫酸多糖类化合物。体内实验表明，当912的使用剂量为50 mg/kg，100 mg/kg时，对S180肉瘤的抑制率分别为40.2%和56.8%[16]。曲显俊等[17]对螺旋藻多糖的抗癌作用进行了体内实验的研究，结果表明，0.30~1.50 g/L时对B-37乳腺癌细胞的抑制率最高，可达68.0%，对K562白血病细胞抑制率为46.0%，IC50分别为1.48 g/L和1.56 g/L。当螺旋藻多糖以300，150，75 mg/kg灌胃给药时，对小鼠S180肉瘤的抑瘤率分别为55.20%，44.60%，33.0%，对H-22肝癌的抑瘤率分别为47.1%，36.4%和31.0%；对EAC小鼠腹水癌的抑瘤率分别为56.9%，44.7%和22.8%。
除多糖抑制某些肿瘤细胞的增生外，研究还表明，多糖的衍生物糖蛋白也具有抗肿瘤活性。顾谦群等[18]发现栉孔扇糖蛋白（glycoprotein of chlamys farreri，GCF）能显著抑制移植性小鼠肉瘤的生长，并通过动物实验得出给药剂量为40 mg/kg时，抑瘤率可达47.29%。乌贼墨的抗肿瘤作用最早是由日本青森产业技术中心和弘前大学发现的, 随后他们又从中分离得到了一种全新结构的糖蛋白，由两条呈直线交叉形结合的单糖与蛋白质分子相连。我国吕昌龙等也发现乌贼墨及其提取物可提高肿瘤坏死因子α（TNF-α）和白介素1（IL-1）的分泌水平，增加NK细胞的杀伤活性，对Meth-A , S180 2种肉瘤的抑制率分别为95 %，71% ，并一定程度地抑制了移植瘤的形成[19,20 ] 。另外一些不常见的糖蛋白鲍灵、哈素也显示出一定的抗肿瘤活性，如哈素能抑制小鼠Hella细胞，KB细胞，Krebs-2腹水肿瘤细胞及S-180肉瘤的生长。
4 生物碱（alkaloid）
生物碱是生物体内一类含氮有机化合物的总称，它们类似碱的性质，能与酸反应生成盐，有旋光性和显著的生理活性。自1983年Kirkap等首次从红藻Martensia fragilis中分离出吲哚生物碱fragilamide后，越来越多的生物碱从海洋生物中发现，相关文献报道这些生物碱具有抗肿瘤活性。
从南非一种海洋蠕虫Cephalodiscus gilchristi中提取出一系列甾体生物碱cephalostatins，对多种肿瘤细胞株具有强细胞毒性，美国国立癌症研究所（NCI）对60种人肿瘤细胞株进行了体外实验，IC50 cephalostatin 1为（2.20±1.21）nmol/L，cephalostatin 18为（21.7±9.90）nmol/L，cephalostatin 19为（16.6±9.5）nmol/L[21]。
ecteinascidin 743是一种自海鞘Teinascidia turbinata分离出的四氢异哇啉生物碱，对DNA小沟中的鸟嘌呤残基有选择性烷基化作用，能与核酸蛋白相互作用，对L1210白血病细胞和小鼠P388细胞的ID50分别为0.000 9μg/mL和0.003 8μg/mL，临床试验结果表明对软组织瘤和乳腺癌有很好的疗效[22-24]。
深水海绵Dereitus.sp能产生新的氨基酸吖啶生物碱dercitin。动物实验表明，dercitin可延长P388腹水瘤小鼠的寿命，并对B-16黑色素瘤细胞及Lewis肺癌小细胞有抑制活性[4]。从Nagai收集的海绵Halichondria okadai中分离出细菌Alteromonas.sp，能产生一种四环生物碱alteramide A，体外实验表明，alteramide A对鼠白血病P388细胞，鼠淋巴瘤L1210细胞和人表皮样瘤KB细胞具有细胞毒活性，其IC50分别为0.1μg/mL、1.7 μg/mL和5.0 μg/mL。
6-硫代鸟嘌呤（6-thioguanine, 6-TG）是从带鱼鳞中提制的抗代谢药物，对各种类型的急性白血病有一定的效果，对其他抗白血病药物产生抗药性的病例尤其有效。若与阿糖胞苷等药联合用药，对胃癌、淋巴肿瘤、慢性粒细胞性白血病与骨髓硬化症等更加有效。在此基础上研制的6-巯基嘌呤（6- mercaptopurine），对白血病及绒毛膜上皮癌效果更好。
5 萜（terpene）
萜类是异戊二烯首尾相连的化合物，是具有抗肿瘤活性的新型碳骨架海洋萜类化合物，主要来源于海洋红树植物、藻类和海绵。印度Babu等[25]报道，红树植物老鼠的乙醇提取物（浓度250~500 mg/kg）能有效地抑制肿瘤的生长和致癌物诱导的老鼠皮层瘤的生成；日本Konoshima[26]从海漆木分离8种labdane型二萜化合物之一，在肿瘤催进剂TPA（12-O-四癸酰基-佛波-13-乙酸酯）和激动剂DMBA（7,12-二甲基苯并蒽）协调作用的双阶段小鼠肿瘤模型中显示出显著的抗肿瘤活性；红树植物海漆二萜类化合物主要通过阻断信号传导起到抗肿瘤的作用。从南海耳壳藻Peyssonnelia caulifera分离得到的一种高单萜化合物caulilide对艾氏腹水瘤（EAT）及S180肿瘤细胞的IC50分别为2.4 mg/mL和0.5 mg/mL [27]。
Tsuda等从海绵（Jaspis stellifera）中分离得到6种抗肿瘤的isomalabaricane型三萜。其中stellifenin A对L1210细胞和KB细胞的IC50分别为0.57μg/mL，1.4μg/mL。stellifenin B对L1210细胞和KB细胞的IC50分别为0.60μg/mL，2.10μg/mL。
6 聚醚（polyether）
来自海洋生物的聚醚类化合物多数是毒素，具有强烈的生理活性。最具有代表性的聚醚类化合物是沙群海葵毒素，是非蛋白毒素中毒性最强的，有显著的抗肿瘤作用。Tachibana等从日本海绵Halichondria okadai中分离出一种聚醚类化合物大田酸（okadaic acid），对P388和L1210白血病细胞的IC50分别为1.7?0-3μg/mL和1.7?0-2 μg/mL。后来，Uemura等[28]从此种海绵中又分离出软海绵素norhalichondrin A和halichondrin B，也是一类聚醚类化合物，它们对B-16黑色肿瘤细胞的IC50分别为5.2μg/mL和0.093ng/mL，5.0μg/kg的halichondrin B对接种B-16黑色肿瘤细胞和P388白细胞的小鼠的延命效率（T/C）高达244%和236%，是一类很有希望的抗肿瘤化合物。
7 类胡萝卜素（carotenoid）
许多类胡萝卜素有抗氧化，防治肿瘤D的作用，能阻止或延缓因紫外线照射引起的皮肤癌。目前已从海洋生物中发现了数百种类胡萝卜素。其中从虾壳中提取的虾青素是比β-胡萝卜素和维生素A更有效的防治肿瘤的物质，当浓度为1?0-9及1?0-8 mol/L 时，对人大肠癌SW- 1116细胞株增生抑制率分别为23.14% 和39.0%，当浓度为1?0-7 mol/L时，可以完全杀死培养的瘤细胞。
综上所述，近年来随着物质分离纯化和结构分析技术的发展，人们已有从海洋生物中发现了数百种新的具有细胞毒性或抗肿瘤活性的天然产物，其中十几种抗癌效率高、毒性低的海洋天然药物或其结构改造化合物进入临床试验阶段，阿糖胞苷已开发成抗癌新药。但更多的天然产物仍处于基础研究阶段。我国的研究水平还较低，一些关键性的技术问题如深海采样技术，从复杂生物系统分离纯化微量生物活性物质的技术，高通量活性筛选技术等尚待突破性进展。另外，体外筛选模型的局限性导致细胞毒性鉴定不能全面地反映化合物的抗肿瘤活性，而体内活性筛选不仅耗时，而且成本较高，在活性追踪分离过程中经常难以应用，最终造成我国新药的开发精力和财力不足。因此，加快我国对该领域的基础研究和产品开发，对有效利用海洋生物资源具有重要的意义。
参考文献
[1]Poncet J. The dolastatins, a family of promising antineoplastic agents[J]. Curr Pharm Design, 1999, 5(3): 139-162.
[2]Margolin K, Longmate J, Synold T W, et al. Dolastatin10 in metastatic melanoma:a phase and pharmokinetic trial of the California cancer consortium[J]. Invest New Drugs, 2001, 19(4): 335.
[3]孙林学，徐怀恕. 海绵生理活性物质研究进展[J]. 海洋科学，1998，22（5）：15.
[4]易杨华, 姚新生. 我国南海总合草苔虫和海绵中新的抗肿瘤活性成分的研究[J]. 第二军医大学学报，2002，23（3）：236.
[5]Vera M D, Joullic M M. Natural products as probes of cell biology:20 years of didemnin research [J]. Med Res Rev, 2002, 22(2): 102.
[6]Romero F, Espliego F, Baz P T, et al. Thiocoraline, a new depsipeptide with antituor activity produced by a marine micromonospora.I. taxonomy, fermentation, isolation, and biologicalactivies[J]. J Antibiot, 1997, 50(9): 734-737.
[7]Baz P J, Canedo L M, Paentes J L F, et al. Thiocoraline, a new depsipeptide with antituor activity produced by a marine micromonospora.Ⅱ.physico-chemical properties and structure determination[J]. J Antibiot, 1997, 50(9): 738-741.
[8]Erba E, Bergamaschi D, Ronzoni S, et al. Mode of action of thiocoraline,a nature marine compound with anti-tumour activity[J]. Br J Cancer, 1999, 80(7): 971-980.
[9]张铂，吴梧桐. 海洋抗肿瘤活性蛋白与多肽的研究进展[J].中国海洋药物，2004，2：36-37.
[10] Slawomin M. Matrix metallo proteinase inhibitor[J]. Invest New Drugs, 1997, 15：61.
[11] 林厚文，易杨华，姚新生,等. 中国南海总合草苔虫一个新的抗肿瘤化合物：bryostatin19[J]. 中国海洋药物，1998，17（1）：1.
[12] 宋阳，龙丽娟，吴军. 海洋前沟藻属甲藻的次生代谢产物及其生物活性[J]. 中草药，2004，35（10）：1194-1197.
[13] Takahashi C, Takada T, Yamada T, et al. Halichomycin,a new class if potent cytotoxic macrolide produced by an actinomycete from a marine fish[J]. Tetrabedron Letters, 1994, 35(28): 5012-5014.
[14] Litaudon M，Hart J B，Blant J M，et al. Isohomohalichondrin B, a new antitumor polyether macrolide from the New Zealand deep water sponge Lissodendorgx.sp.[J]. Tetrahedron Lett, 1994, 35(50):9435.
[15] 姜健，杨宝灵，邰阳. 海参资源及其生物活性物质的研究[J]. 生物技术通报，2004，537-540.
[16] 苗本春，李静，耿美玉，等. 海洋硫酸多糖聚古罗糖酯（912）抗肿瘤作用机理探讨[J]. 中国海洋药物，2003，（3）：11-15.
[17] 曲显俊，崔淑香. 螺旋藻多糖抗癌作用的实验研究[J]. 中国海洋药物，2000，（4）：10-14.
[18] 顾谦群，王长云，方玉春，等. 栉孔扇贝糖蛋白的制备及其抗肿瘤活性初步研究[J]. 海洋科学，1998，22（5）：63-64.
[19] 杨文鸽. 海洋生物中抗肿瘤活性成分的研究进展[J]. 海洋科学，2000，24（7）：38-41.
[20] 刘淑萍. 乌贼墨抗肿瘤作用的研究进展[J]. 中国肿瘤，2005，14（3）：171-173.
[21] Pettit G R, Tan R, Xu J P, et al. Antineoplastic agents 398 isolation and structure elucidution of cephalostatins18 and 19 [J]. J Nat Prod, 1998, 61(7): 955.
[22] Schwartsmann G, Brondani da R A, Berlinck R G, et al. Marine organisms as a source of new anticancer agents[J]. Oncology, 2001, 2: 221-225.
[23] Erba E, Bergamaschi D, Bassano L, et al. Ecteinascidin-743(ET-743), a natural marine compound, with a unique mechanism of action[J]. Eur J Cancer, 2001, 37: 97-105.
[24] Rinehart K L. Antitumor compounds from turnicates[J]. Med Res Rev, 2000, 20(1): 525-528.
[25] Babu B H, Shylesh B S, Padikkala J. Tumour reducing and anticarcino genic activity of Acanthus ilicifolius in mice[J]. J Ethnopharmacol, 2002,79 (1): 2733.
[26] Konoshima T, Konishi T, Takasaki M, et al. Antitumor,promoting activity of the diterpene from excoeearia agallocha.Ⅱ[J]. Biol Pharma Bull,2001, 24(12): 1440.