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1、放线菌与农用抗生素 夏海洋 S scabies 放线菌的概念 放线菌 Actinomycetes 是一类具有丝状分枝细胞和无性孢子的G 原核微生物 由于菌落呈放射状而得名 放线菌是一类介于细菌和真菌之间的单细胞生物 放线菌的细胞构造和细胞壁的化学组成与细菌相似 与细菌同属原核生物 放线菌菌体呈纤细的菌丝状 而且分枝 又以外生孢子的形式繁殖 这些特征又与霉菌相似 放线菌菌落中的菌丝常从一个中心向四周辐射状生长 因此叫放线菌 放线菌分布 主要存在于含有机质丰富的中性或偏碱性的土壤中 在空气 淡水和海水等处也有一定的分布 放线菌的生活类型 腐生 多数 寄生 少数 放线菌形态特征 放线菌分类地位 菌落
2、形态与结构 营养菌丝匍匐生长于培养基内 吸收营养 营养菌丝发育到一定阶段 伸向空间形成气生菌丝 气生菌丝发育到一定阶段 其上可分化出形成孢子的菌丝 即孢子丝 放线菌菌丝的形态构造 根据形态和功能不同可分为 基内菌丝 营养菌丝 气生菌丝孢子丝 基内菌丝 培养基内匍匐生长的菌丝 无隔 约0 2 0 8 m 通常会产生水溶性或脂溶性色素 功能 吸收营养 所以又称营养菌丝 气生菌丝 由营养菌丝长出培养基外 伸向空间的菌丝 略粗于基丝0 5 1 2 m 也有色素产生 功能 气生菌丝生长到一定阶段可分化出繁殖结构 即孢子丝 孢子丝 概念 可以形成孢子的菌丝 具分类价值 功能 繁殖 形态 直 波曲 螺旋着生
3、方式 丛生 轮生 放线菌孢子丝类型 垂直 单轮 无螺旋 弯曲 丛生 松环 初级螺旋钩状 松螺旋 紧螺旋 单轮 有螺旋 双轮 无螺旋 双轮 有螺旋 二 形态与结构 二 形态与结构 放线菌的主要属 1 链霉菌属 Streptomyces 产生许多著名的抗生素 如链霉素 红霉素 四环素等 2 诺卡氏菌属 Nocardia 烃类发酵 污水处理 产生抗生素 如万古霉素 头孢菌等 3 小单孢菌属 Micromonospora 可产生多种抗生素 如庆大霉素等 4 放线菌属 Actinomyces 多为致病菌 菌落形态 菌落形态 能产生大量分枝和气生菌丝的菌种 如链霉菌 不能产生大量菌丝体的菌种 如诺卡氏菌
4、菌落质地致密 与培养基结合紧密 小而不蔓延 不易挑起或挑起后不易破碎 粘着力差 粉质 针挑起易粉碎 三 生长与繁殖 繁殖方式 无性孢子 菌丝断裂 凝聚孢子横隔孢子孢囊孢子分生孢子厚壁孢子 存在多种孢子形成方式 常见于液体培养中 工业发酵生产抗生素时都以此法大量繁殖放线菌 细菌的芽孢是休眠体 而放线菌的孢子是繁殖体 孢子链和孢囊孢子 放线菌的主要属 1 链霉菌属 Streptomyces 产生许多著名的抗生素 如链霉素 红霉素 四环素等 2 诺卡氏菌属 Nocardia 烃类发酵 污水处理 产生抗生素 如万古霉素 头孢菌等 3 小单孢菌属 Micromonospora 可产生多种抗生素 如庆大霉
5、素等 4 放线菌属 Actinomyces 多为致病菌 放线菌生命周期 孢子在适宜的条件下萌发 长出1 3个芽管 气生菌丝 营养菌丝 繁殖菌丝 孢子丝 孢子丝释放孢子 ACTINOMYCETESREPRODUCTION Secondarymetabolitesareproducedattheendofthegrowthphaseandduringstationaryphase ACTINOMYCETESANTIBIOTICS 放线菌的应用 能产生大量的 种类繁多的抗生素 到目前为止 已分离得到的放线菌产生的抗生素达8700种以上 生产维生素和酶进行甾体转化 烃类发酵和污水处理 抗生素定义 抗生
6、素 antibiotics 是微生物 植物 动物在其生命活动过程中产生的 或并用化学 生物或生化方法所衍生的 在低微浓度下能选择性地抑制或杀灭他种生物机能的一类有机化合物 抗生素是生物生长到一定条件下所产生的次级代谢产物 Secondarymetabolite 是微生物对环境所做出的一种病态反应 微生物产生的生物活性物质 抗细菌 抗真菌 杀虫 除草 抗肿瘤等 放线菌产生的次生代谢分子药物 约8700种 放线菌产生的多种多样的次生代谢产物 HygromycinB KanamycinB Erythromycin RifamycinSV CephamycinC streptomycin Spinos
7、ynA Abamectin ValidamycinA ACTINOMYCETESANTIBIOTICS InabilityofatestorganismtogrowinthepresenceofStreptomycessuggestsantibioticproductionbythelatter HowAntibioticActivityisFound ReceivebacterialstrainsglassvialsFromIndonesianCenterforBiotechnologyandBiodiversity Growthonagarplates Cultivationindiffe
8、rentgrowthmedia Liquidfermentation Crudeextracts EthylAcetate n ButanolMethanol Assayforantibioticactivity LCMS HowtheExtractsareTestedforAntibioticProperties A20microliterquantityoftheextractsisplacedonasterilepaperdisks Thepaperdiscsareplacedonculturesofvariousbacteriaandfungiandincubatedovernight
9、Examineforinhibitionthenextmorning CharacterizationofCrudeExtracts HPLCcoupledwithUVspectroscopyandmassspectrometrySearchAntiBasedatabase TetramycinA Nystatin PolyeneMacrolides Crudeextractshowingantibioticactivity Separationbycolumnchromatography Assayforantibioticactivity Purecompounds Bio Activit
10、yGuidedSeparation CharacterizationbyTLC CharacterizationofPureCompounds Purecompounds Structuredeterminationusing Assayagainstpathogenicbacteria TetramycinB AmphoteracinA PolyeneMacrolides 1H NMR13C NMR2D NMRInfraredspectroscopyUVspectroscopyMassspectrometry 主要杀虫抗生素 阿维菌素 avermectin 梅岭霉素 meilingmycin
11、 密比尔霉素 Milbemycins 多杀菌素 spinosad 浏阳霉素 liuyangmycin 杀蚜素杀粉蝶素 Piericidin 韶关霉素 杀螨素 tetranactin 华光霉素 nikkomycin 阿维菌素 阿维菌素 avermectins AVMs 又称阿佛曼菌素 是一种具有抗寄生虫活性的抗生素产生菌是阿维链霉菌 Streptomycesavermitilis 最初是1975年日本北里研究所 KitasatoInstitute 从日本静冈川奈市的一个土壤样品中分离得到的 阿维菌素作为生物农药的一种 自发现以来 已经受到越来越多的重视 阿维菌素不但具备一般生物农药的特点 并且它
12、的化学结构新颖 作用机制独特 杀虫活性强 杀虫谱广 被誉为20年来抗寄生虫药物研究的重大突破 是目前生物农药中最受欢迎和较具市场竞争的产品之一 阿维菌素产生菌 阿维菌素结构 大村智 阿维菌素理化性质 阿维菌素原药为白色或黄色结晶体 含B1a80 B1b 20 蒸气压 200nPa 熔点150 155 21 时溶解度在水中7 8ug L 丙酮中100 甲苯中350 异丙醇70 氯仿25 g L 常温下不易分解 在25 PH5 9的溶液中无分解现象 阿维菌素的作用机理 较高浓度 5 10 6mol 时 avermectin作为 氨基丁酸 gammaaminobutyricacid GABA 的激动
13、剂引发突触前GABA的释放 GABA进而引起膜对Cl 通道性的增加 从而导致由GABA介导的中枢神经系统及神经 肌肉间传导受阻 在较低浓度时 2 10 12 avermectin可以引起与GABA系统无关的Cl 通道的开放avermectin的驱虫活性主要是由于药物引起由谷氨酸控制的Cl 通道的开放 从而导致膜对Cl 通道性增加 Cl 又可引起神经元休止电位的超极化 使正常的电动电位不能释放 神经传导受阻最终引起虫体麻痹死亡 哺乳动物外周神经传导介质为乙酰胆碱 以GABA作传导介质的神经仅存在于中枢神经系统 在正常使用剂量下 由于哺乳动物的血脑屏障作用 导致药物在中枢神经系统的分布浓度很低 不
14、足以引起GABA的释放 TheBloodBrainBarrier 阿维菌素簇化合物 阿维菌素 Abamectin 伊维菌素 Ivermectin 甲氨基阿维菌素苯甲酸盐 Emamectinbemoate 乙酰氨基阿维菌素 Eprinomecfin 道拉菌素 Doramecfin 等 Emamectin Doramectin 乙酰氨基阿维菌素 Selamectin 6种已产业化阿维菌素类药物 多杀菌素的发现历程 多杀菌素的结构 Highlyeffectiveonmanypestspecies Lowapplicationratesresultinginlowenvironmentalload S
15、afeforusewithmostbeneficialinsects Uniquemodeofactionwithnoknowncross resistance Lowmammaliantoxicity LowavianandfishtoxicityPresidentialGreenChemistryChallengeAward Spinosyn构效关系 PhysicalandChemicalProperties 多杀菌素生产 多杀菌素特点 多杀菌素的作用机理 多杀菌素和氯氰菊酯对有益生物的毒性 ThisSpinosadmaterialworkswellinIPMprogramsbecause
16、itisselectiveinwhatitkillsandtendstosparebeneficialorganisms 多杀菌素对哺乳动物等的毒性 对小鼠半致死剂量超过5000mg kg 大于蔗糖和食盐 典型杀虫剂产品用于棉田害虫的脊椎动物选择性比率 VSR 环境归趋 多杀菌素在环境中通过多种途径组合的方式进行降解 主要为光降解和微生物降解 最终变成碳 氢 氧 氮等自然组分 考虑到它的中等土壤传质系数Kd 4 3 322mL g 低于中等程度的水溶解度和在环境中的较短持久性 可见多杀菌素的沥滤性能非常低 因此只要使用适当他就不会对地下水构成威胁 根据美国环保局 EPA 的规定不需要设置任何缓冲区 多杀菌素的应用 多杀菌素宣传广告 多杀菌素主要剂型 SuspensionConcentrateAnaqueoussuspensionistheprimaryformulationfordeliveringspinosadtotheglobalmarketplace Theconcentrationofspinosadrangesfrom25gai Lto480gai L Wettable G
