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深海微生物的研究進展范文1
關鍵詞 固定化微生物技術；概念；印染廢水特征；處理方式
中圖分類號 X7 文獻標識碼 A 文章編號 1673-9671-(2012)031-0157-01
1 固化微生物技術的概念
微生物固定化技術誕生于20世紀60年代，是固定化酶技術在發展中逐漸演變形成的一種高效的生物技術。這種技術是物理及化學措施的協助下，把處于游離狀態的細胞固定在預期規定的范圍之內，讓細胞聚集在一起，確保其具有很高的活性及反復利用的可能性，進而提升生物系統整體的適應及處理能力。采用這種技術來對廢水進行處理，在處理反應器里中可以獲得聚集量比較高的微生物，能夠迅速產生反應，同時還可以有效避免污泥處理之后再次發生污染。在這種技術形式下，可以將具有優勢的菌種充分聚集起來，營造一個優異的微環境，促進微生物獲得更快更好的繁殖；而且能夠同時施行硝化與反硝化，兩個過程并不會發生沖突，生物獲得理想的脫氮速率，整體效率非常高。微生物固定化技術具有很強的抗沖擊、抗毒作用，在復雜的廢水成分中呈現良好的適應性。
2 印染廢水的特征
印染廢水是一種非常難以進行降解的工業廢水，其水質及水量存在的不定性因素非常多，隨時都可能發生巨大的改變，水質的構成成分比較復雜，含有高濃度的有機污染物。這種工業廢水的色度深，pH值十分高，只存在較低的可生化性。目前印染廢水是我國水質及水環境污染的重要元素，各種各樣有害物質包含在其復雜的水質中，對常規生物的生長繁殖，甚至生存產生了非常消極的影響。其中印染廢水的色度問題是最難解決的，與標準排放要求之間還是存在著一定的距離。
3 印染廢水的固定化微生物處理方式
將固定混合脫色菌與固定化微生物技術有機融合起來，對工業印染廢水施行全面細致的處理，得出相關的數據顯示，兩者結合使用可以獲得非常理想的效果，印染廢水在處理之后可以獲得85.15%的脫色率。以下是及種固定化微生物處理工業印染廢水的有效方式。
3.1 選擇使用海藻酸鈉的處理方式
在這種方式中，使用海藻酸鈉將白腐真菌F29固定在限定的范圍之內。然后把海藻酸鈉分別放入三個具有差異性的生物反應器里，觀察其反映在偶氮染料Orange上的作用情況，測定并記錄脫色獲得的效果。經過較長一段時間的觀察及記錄可以知道，這三個差異性生物反應器全部都能夠獲得理想的脫色效果，脫色能力具有高效穩定的特點，最終的脫色率都超過95%。
3.2 選擇使用聚集-交聯固定法和吸附法
在這種方式中，PSB即紫色非硫光合細菌混合菌體將會被固定在限定的區域之內，實現含酚廢水及工業印染廢水滿足標準排放要求的目的。紫色非硫光合細菌混合菌體如果處于厭氧及光照環境中，會非常容易被表面多孔、粗糙、具有很強吸附能力的載體所吸引，從而依附在載體上，例如沸石、石英砂、活性炭等。紫色非硫光合細菌混合菌體不會被強度較大的水力沖刷掉，可以獲得的脫色率范圍在81%至97.8%之間，CODcr去除率則處于52%與75.6%之間。若聚集-交聯固定的紫色非硫光合細菌混合菌體得到解毒活化，將會有效提高酶的活性，脫氫酶的活力將會超過自然細胞一倍以上，脫色的速度提升30%。
3.3 選擇施行印染廢水脫色實驗研究
這種脫色實驗研究方式主要采用聚乙烯醇來將混合細菌細胞固定在限定的區域之內。實驗得出的相關數據及結果顯示，和自然細胞進行比較，混合細菌細胞在被固定之后，針對工業印染廢水的脫色活性來說，最理想的溫度應該維持在30℃至40℃，pH的值則等于7.0。但是當pH的值在6.0至8.0之間，溫度在25℃至40℃之間，將會獲得較高水平的脫色活性，熱穩定性也得到顯著提升。在持續一個月時間的試驗研究里，水力停留的時間在不超過三個小時的時候，脫色率將會保持在70%至80%之間，滿足了廢水處理的標準要求，具有非常高的應用價值。
3.4 選擇使用包埋固定化微生物的方式
瓊脂作為包埋物，把蠟狀芽孢桿菌包埋起來施行酸性紅B的脫色實驗分析研究，當進水的濃度為42.1 mg/L的時候，可以獲得87%的平均脫色率。
3.5 選擇使用深海錳結核的方式
深海錳結核作為固定化載體處理工業印染廢水的時候，HRT值等于100小時，可以獲得90%的脫色率，80%的COD清除率。這種處理形式方法的有效壽命要比無菌體等量活性炭方式長，使用纖維掛條作為固定化載體將脫色菌固定在限定范圍之內，對工業印染廢水進行處理，獲得的效果和使用同樣接種量無載體的游離菌液處理方式是一樣的，都能滿足標準的排放要求，處理廢水使用的時間少于處理游離菌液使用的時間。使用核桃殼顆粒固定優勢菌模擬方式處理印染廢水，并檢測獲得實際水樣的數據，發現水質的COD消除率是94.5%，濃度低于160 mg/L，脫色率是99.3%，色度小于5倍。
4 結束語
固定化微生物技術是一種在人工強化作用下，持續提升微生物反應能力的印染廢水處理方式，在這種方式下，能夠獲得令人滿意的水質，緩解了我國近幾年來水體生態系統所承受的污染壓力，同時也有效的改善了人們的生活環境。本文通過闡述固定化微生物技術的改概念，分析印染廢水的水質特征，提出固定化微生物技術在印染廢水處理中的若干種有效應用形式，希望能夠給予廢水處理工作者一些工作上的借鑒或幫助，為改善我國水質環境貢獻一份微薄的力量。
參考文獻
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深海微生物的研究進展范文2
關鍵詞海洋生物技術發展展望
近10年來，由于海洋在沿海國家可持續發展中的戰略地位日益突出，以及人類對海洋環境特殊性和海洋生物多樣性特征的認識不斷深入，海洋生物資源多層面的開發利用極大地促進了海洋生物技術研究與應用的迅速發展。1989年首屆國際海洋生物技術大會（以下簡稱MPS大會）在日本召開時僅有幾十人參加，而1997年第四屆IMBC大會在意大利召開時參加入數達1000多人?，F在IMBC會議已成為全球海洋生物技術發展的重要標志，出現了火紅的局面?！禝MBC2000》在澳大利亞剛剛開過，《IMBC2003》的籌備工作在日本已經開始，以色列為了舉辦們《IMBC2006》早早作了宣傳，并爭到了舉辦權。每3年一屆的IMBC不僅吸引了眾多高水平的專家學者前往展示與交流研究成果，探討新的研究發展方向，同時也極大地推動了區域海洋生物技術研究的發展進程。在各大洲，先后成立了區域性學術交流組織，如亞太海洋生物技術學會、歐洲海洋生物技術學會和泛美海洋生物技術協會等。各國還組建了一批研究中心，其中比較著名的為美國馬里蘭大學海洋生物技術中心、加州大學圣地亞哥分校海洋生物技術和環境中心，康州大學海洋生物技術中心，挪威貝爾根大學海洋分子生物學國際研究中心和日本海洋生物技術研究所等。這些學術組織或研究中心不斷舉辦各種專題研討會或工作組會議研究討論富有區域特色的海洋生物技術問題。1998年在歐洲海洋生物技術學會、日本海洋生物技術學會和泛美海洋生物技術協會的支持下，原《海洋生物技術雜志》與《分子海洋生物學和生物技術》合刊為《海洋生物技術》學報（以下簡稱MBT），現在它已成為一份具有權威性的國際刊物。海洋生物技術作為一個新的學科領域已明確被定義為“海洋生命的分子生物學如細胞生物學及其它的技術應用”。
為了適應這種快速發展的形勢，美國、日本、澳大利亞等發達國家先后制定了國家發展計劃，把海洋生物技術研究確定為21世紀優先發展領域。1996年，中國也不失時機地將海洋生物技術納入國家高技術研究發展計劃（863計劃），為今后的發展打下了基礎。不言而喻，迄今海洋生物技術不僅成為海洋科學與生物技術交叉發展起來的全新研究領域，同時，也是21世紀世界各國科學技術發展的重要內容并將顯示出強勁的發展勢頭和巨大應用潛力。
1．發展特點
表1和表2列出的資料大體反映了當前海洋生物技術研究發展的主要特點。
1.1加強基礎生物學研究是促進海洋生物技術研究發展的重要基石
海洋生物技術涉及到海洋生物的分子生物學、細胞生物學、發育生物學、生殖生物學、遺傳學、生物化學、微生物學，乃至生物多樣性和海洋生態學等廣泛內容，為了使其發展有一個堅實的基礎，研究者非常重視相關的基礎研究。在《IMBC2000》會議期間，當本文作者詢問一位資深的與會者：本次會議的主要進步是什么？他毫不猶豫的回答：分子生物學水平的研究成果增多了。事實確實如此。近期的研究成果統計表明，海洋生物技術的基礎研究更側重于分子水平的研究，如基因表達、分子克隆、基因組學、分子標記、海洋生物分子、物質活性及其化合物等。這些具有導向性的基礎研究，對今后的發展將有重要影。
1.2推動傳統產業是海洋生物技術應用的主要方面
目前，應用海洋生物技術推動海洋產業發展主要聚焦在水產養殖和海洋天然產物開發兩個方面，這也是海洋生物技術研究發展勢頭強勁。充滿活力的原因所在。在水產養殖方面，提高重要養殖種類的繁殖、發育、生長和健康狀況，特別是在培育品種的優良性狀、提高抗病能力方面已取得令人鼓舞的進步，如轉生長激素基因魚的培育、貝類多倍體育苗、魚類和甲殼類性別控制、疾病檢測與防治、DNA疫苗和營養增強等；在海洋天然產物開發方面，利用生物技術的最新原理和方法開發分離海洋生物的活性物質、測定分子組成和結構及生物合成方式、檢驗生物活性等，已明顯地促進了海洋新藥、酶、高分子材料、診斷試劑等新一代生物制品和化學品的產業化開發。
表1近期IMBC大會研討的主要內容
表2近期IMBC大會和《MarineBiotechnology》學報論文統計表
1.3保證海洋環境可持續利用是海洋生物技術研究應用的另一個重要方面
利用生物技術保護海洋環境、治理污染，使海洋生態系統生物生產過程更加有效是一個相對比較新的應用發展領域，因此，無論是從技術開發，還是產業發展的角度看，它都有巨大的潛力有待挖掘出來。目前已涉及到的研究主要包括生物修復（如生物降解和富集、固定有毒物質技術等）、防生物附著、生態毒理、環境適應和共生等。有關國家把“生物修復”作為海洋生態環境保護及其產業可持續發展的重要生物工程手段，美國和加拿大聯合制定了海洋環境生物修復計劃，推動該技術的應用與發展。
1.4與海洋生物技術發展有關的海洋政策始終是公眾關注的問題
其中海洋生物技術的發展策略、海洋生物技術的專利保護、海洋生物技術對水產養殖發展的重要性、轉基因種類的安全性及控制問題、海洋生物技術與生物多樣性關系以及海洋環境保護等方面的政策、法規的制定與實施倍受關注。
2.重點發展領域
當前，國際海洋生物技術的重點研究發展領域主要包括如下幾個方面：
2.1發育與生殖生物學基礎
弄清海洋生物胚胎發育、變態、成熟及繁殖各個環節的生理過程及其分子調控機理，不僅對于闡明海洋生物生長、發育與生殖的分子調控規律具有重要科學意義，而且對于應用生物技術手段，促進某種生物的生長發育及調控其生殖活動，提高水產養殖的質量和產量具有重要應用價值。因此，這方面的研究是近年來海洋生物技術領域的研究重點之一。主要包括：生長激素、生長因子、甲狀腺激素受體、促性腺激素、促性腺激素釋放激素、生長一催乳激素、滲透壓調節激素、生殖抑制因子、卵母細胞最后成熟誘導因子、性別決定因子和性別特異基因等激素和調節因子的基因鑒定、克隆及表達分析，以及魚類胚胎于細胞培養及定向分化等。
2.2基因組學與基因轉移
隨著全球性基因組計劃尤其是人類基因組計劃的實施，各種生物的結構基因組和功能基因組研究成為生命科學的重點研究內容，海洋生物的基因組研究，特別是功能基因組學研究自然成為海洋生物學工作者研究的新熱點。目前的研究重點是對有代表性的海洋生物（包括魚、蝦、貝及病原微生物和病毒）基因組進行全序列測定，同時進行特定功能基因，如藥物基因、酶基因、激素多肽基因、抗病基因和耐鹽基因等的克隆和功能分析。在此基礎上，基因轉移作為海洋生物遺傳改良、培育快速生長和抗逆優良品種的有效技術手段，已成為該領域應用技術研究發展的重點。近幾年研究重點集中在目標基因篩選，如抗病基因、胰島素樣生長因子基因及綠色熒光蛋白基因等作為目標基因；大批量、高效轉基因方法也是基因轉移研究的重點方面，除傳統的顯微注射法、基因槍法和攜帶法外，目前已發展了逆轉錄病毒介導法，電穿孔法，轉座子介導法及胚胎細胞介導法等。
2.3病原生物學與免疫
隨著海洋環境逐漸惡化和海水養殖的規?；l展，病害問題已成為制約世界海水養殖業發展的瓶頸因子之一。開展病原生物（如細菌、病毒等）致病機理、傳播途徑及其與宿主之間相互作用的研究，是研制有效防治技術的基礎；同時，開展海水養殖生物分子免疫學和免疫遺傳學的研究，弄清海水魚、蝦、貝類的免疫機制對于培育抗病養殖品種、有效防治養殖病害的發生具有重要意義。因此，病原生物學與免疫已成為當前海洋生物技術的重點研究領域之一，重點是病原微生物致病相關基因、海洋生物抗病相關基因的篩選、克隆，海洋無脊椎動物細胞系的建立、海洋生物免疫機制的探討、DNA疫苗研制等。
2.4生物活性及其產物
海洋生物活性物質的分離與利用是當今海洋生物技術的又一研究熱點?，F人研究表明，各種海洋生物中都廣泛存在獨特的化合物，用來保護自己生存于海洋中。來自不同海洋生物的活性物質在生物醫學及疾病防治上顯示出巨大的應用潛力，如海綿是分離天然藥物的重要資源。另外，有一些海洋微生物具有耐高溫或低溫、耐高壓、耐高鹽和財低營養的功能，研究開發利用這些具特殊功能的海洋極端生物可能獲得陸地上無法得到的新的天然產物，因而，對極端生物研究也成為近年來海洋生物技術研究的重點方面。這一領域的研究重點包括抗腫瘤藥物、工業酶及其它特殊用途酶類、極端微生物定功能基因的篩選、抗微生物活性物質、抗生殖藥物、免疫增強物質、抗氧化劑及產業化生產等。
2.5海洋環境生物技術
該領域的研究重點是海洋生物修復技術的開發與應用。生物修復技術是比生物降解含義更為廣泛，又以生物降解為重點的海洋環境生物技術。其方法包括利用活有機體、或其制作產品降解污染物，減少毒性或轉化為無毒產品，富集和固定有毒物質（包括重金屬等），大尺度的生物修復還包括生態系統中的生態調控等。應用領域包括水產規?；B殖和工廠化養殖、石油污染、重金屬污染、城市排污以及海洋其他廢物（水）處理等。目前，微生物對環境反應的動力學機制、降解過程的生化機理、生物傳感器、海洋微生物之間以及與其它生物之間的共生關系和互利機制，抗附著物質的分離純化等是該領域的重要研究內容。
3.前沿領域的最新研究進展
3.1發育與生殖調控
應用GIH（性腺抑制激素）和GSH（性腺刺激激素）等激素調控甲殼類動物成熟和繁殖的技術[1]，研究了甲狀腺激素在金紹生長和發育中的調控作用，發現甲狀腺激素受體mRNA水平在大腦中最高，在肌肉中最低，而在肝、腎和鰓中表達水平中等，表明甲狀腺素受體在成體金銀腦中起著重要作用[1]，對海鞘的同源框（Homeobox）基因進行了鑒定，分離到30個同源框基因[1]，建立了青鳉的同源框（Homeobox）基因[1]，建立了青鳉胚胎干細胞系并通過細胞移植獲得了嵌合體青鳉[1]，建立了虹鱒原始生殖細胞培養物并分離出Vasa基因[2]，進行斑節對蝦生殖抑制激素的分離與鑒定[2]，應用受體介導法篩選GnRH類似物，用于魚類繁殖[2]，建立了海綿細胞培養技術，用于進行藥物篩選[2]，建立了將海膽胚胎作為研究基因表達的模式系統[2]，通過基因轉移開展了海膽胚胎工程的研究[2]，研究了人葡糖轉移酶和大鼠已糖激酶cDNA在虹鱒胚胎中的表達［3］，建立了通過細胞周期蛋白依賴的激酶活性測定海水魚苗細胞增殖速率的方法[3]，研究了幾丁質酶基因在斑節對蝦蛻皮過程中的表達［4］，從海參分離出同源框基因，并進行了序列的測定[4]。
3.2功能基因克隆
建立了牙鲆肝臟和脾臟mRNA的表達序列標志，從深海一種耐壓細菌中分離到壓力調節的操縱子，從大西洋鮭分離到雌激素受體和甲狀腺素受體基因，從挪威對蝦中分離到性腺抑制激素基因[1]；將DNA微陣列技術在海綿細胞培養上進行了應用，構建了班節對蝦遺傳連鎖圖譜，建立了海洋紅藻EST，從海星卵母細胞中分離出成熟蛋白酶體的催化亞基，初步表明硬骨頭魚類IGF－I原E一肽具有抗腫瘤作用[2]；構建了海洋酵母De—baryomyceshansenii的質粒載體，從鯉魚血清中分離純化出蛋白酶抑制劑，從蘭蟹血細胞中分離到一種抗菌肽樣物質，從紅鮑分離到一種肌動蛋白啟動子，發現依賴于細胞周期的激酶活性可用作海洋魚類苗種細胞增殖的標記，克隆和定序了鰻魚細胞色素P4501AcD－NA，通過基因轉移方法分析了鰻細胞色素P450IAI基因的啟動子區域，分離和克隆了鰻細胞色素P450IAI基因，建立了適宜于溝紹遺傳作圖的多態性EST標記，構建了黃蓋鰈EST數據庫并鑒定出了一些新基因，建立了班節對蝦一些組織特異的EST標志，從經HirameRhabdovirus病毒感染的牙鲆淋巴細胞EST中分離出596個cDNA克隆[3]；用PCR方法克隆出一種自體受精雌雄同體魚類的ß一肌動蛋白基因，從金鯛cDNA文庫中分離出多肽延伸因子EF－2CDNA克隆，在湖鱒基因組中發現了TC1樣轉座子元件[4]；鑒定和克隆出的基因包括：南美白對蝦抗菌肽基因、牡蠣變應原（allergen）基因、大西洋鰻和大西洋鮭抗體基因、虹鱒Vasa基因、青鳉P53基因組基因、雙鞭毛藻類真核啟始因子5A基因、條紋鱸GtH（促性腺激素）受體cDNA、鮑肌動蛋白基因、藍細菌丙酮酸激酶基因、鯉魚視紫紅質基因調節系列以及牙鲆溶菌酶基因等［1—4］。
3.3基因轉移
分離克隆了大馬哈魚IGF基因及其啟動子，并構建了大馬哈魚IGF（胰島素樣生長因子）基因表達載體[1]。通過核定位信號因子提高了外源基因轉移到斑馬魚卵的整合率[1]，建立了快速生長的轉基因羅非魚品系并進行了安全性評價；對轉基因羅非魚進行了三倍體誘導，發現三倍體轉基因羅非魚盡管生長不如轉基因二倍體快，但優于未轉基因的二倍體魚，同時，轉基因三倍體雌魚是完全不育的，因而具有推廣價值[2]；研究了超聲處理促進外源DNA與金鯛結合的技術方法，將GFP作為細胞和生物中轉基因表達的指示劑；表明轉基因溝鯰比對照組生長快33％，且轉基因魚逃避敵害的能力較差，因而可以釋放到自然界中，而不會對生態環境造成大的危害[3]；應用GFP作為遺傳標記研究了斑馬魚轉基因的條件優化和表達效率[3]；在抗病基因工程育種方面，構建了海洋生物抗菌肽及溶菌酶基因表達載體并進行了基因轉移實驗[2]；在轉基因研究的種類上，目前已從經濟養殖魚類逐步擴展到養殖蝦、貝類及某些觀賞魚類[2.3]。通過基因槍法將外源基因轉到虹鱒肌肉中獲得了穩定表達[4]。
3.4分子標記技術與遺傳多樣性
研究了將魚類基因內含子作為遺傳多樣性評價指標的可行性，應用SSCP和定序的方法研究了大西洋和地中海幾種海洋生物的遺傳多樣性[1]。研究了南美白對蝦消化酶基因的多態性[1]；利用寄生性原生動物和有毒甲藻基因組DNA的間隔區序列作標記檢測環境水體中這些病原生物的污染程度，應用18S和5.8S核糖體RNA基因之間的第一個內部間隔區(ITC—1)序列作標記進行甲殼類生物種間和種內遺傳多樣性研究[2]；研究了斑節對蝦三個種群的線粒體DNA多態性，用PCR技術鑒定了夏威夷Gobioid苗的種類特異性。通過測定內含子序列揭示了南美白對蝦的種內遺傳多樣性，采用同功酶、微衛星DNA及RAPD標記對褐鱒不同種群的遺傳變異進行了評價，在平魚鑒定并分離出12種微衛星DNA，在美國加州魷魚上發現了高度可變的微衛星DNA[3]；弄清了一種深水魚類（Gonostomagracile）線粒體基因組的結構，并發現了硬骨魚類tRNA基因重組的首個實例，測定了具有重要商業價值的海水輪蟲的衛星DNA序列，用RAPD技術在大鯪鲆和鰨魚篩選到微衛星重復片段，從多毛環節動物上分離出高度多態性的微衛星DNA，用RAPD技術研究了泰國東部泥蟹的遺傳多樣性[3]；用AFLP方法分析了母性遺傳物質在雌核發育條紋鱸基因組中的貢獻[4]。
3.5DNA疫苗及疾病防治
構建了抗魚類壞死病毒的DNA疫苗[1]；開展了虹鱒IHNVDNA疫苗構建及防病的研究，表明用編碼IHNV糖蛋白基因的DNA疫苗免疫虹鱒，誘導了非特異性免疫保護反應，證明DNA免疫途徑在魚類上的可行性，從虹鱒細胞系中鑒定出經干擾素可誘導的蛋白激酶[2]；建立了養殖對蝦病毒病原檢測的ELISA試劑盒，用PCR等分子生物學技術鑒定了蝦類的病毒性病原，將魚類的非特異性免疫指標用于海洋環境監控，研究了抗病基因轉移提高鯛科魚類抗病力的可行性，研究了蛤類唾液酸凝集素的抗菌防御反映[2]；研究了一種海洋生物多糖及其衍生物的抗病毒活性[3]；建立了測定牡蠣病原的PCR—ELISA方法[3]；研究了LatrunculinB毒素在紅海綿體內的免疫定位[4]。
3.6生物活性物質
從海藻中分離出新的抗氧化劑[1]，建立了大量生產生物活性化合物的海藻細胞和組織培養技術，建立了通過海綿細胞體外培養制備抗腫瘤化合物的方法[1]；從不同生物（如對蝦和細菌）中鑒定分離出抗微生物肽及其基因，從魚類水解產物中分離出可用作微生物生長底物的活性物質，海洋生物中存在的抗附著活性物質，用血管生成抑制劑作為抗受孕劑，從蟹和蝦體內提取免疫激活劑，從海洋藻類和藍細菌中純化光細菌致死化合物，海星抽提物在小鼠上表現出批精細胞形成的作用，從海洋植物Zosteramarina分離出一種無毒的抗附著活性化合物，從海綿和海鞘抽提物分離出抗腫瘤化合物，開發了珊瑚變態天然誘導劑，從海膽中分離出一種抗氧化的新藥，在海洋雙鞭毛藻類植物中鑒定出長碳鏈高度不飽和脂肪酸（C28），表明海洋真菌是分離抗微生物肽等生物活性化合物的理想來源[2]；發現海洋假單胞桿菌的硫酸多糖及其衍生物具有抗病毒活性，從硬殼蛤分離出谷光甘肽一S一轉移酶，從鯉血清中分離出絲氨酸蛋白酶抑制劑，從海綿中分離出氨激脯氨酸二肽酶，從一種珊瑚分離出具DNA酶樣活性的物質，建立了開放式海綿養殖系統，為生物活性物質的大量制備提供了充足的海綿原料[3]；從蝦肌水解產物中分離到抗氧化肽物質[4]；從一種海洋細菌中分離純化出N一乙酸葡糖胺一6一磷酸脫乙酸酶[4]。
3.7生物修復、極端微生物及防附著
研究了轉重金屬硫蛋白基因藻類對海水環境中重金屬的吸附能力，表明明顯大于野生藻類[1]，研究了石油降解微生物在修復被石油污染的海水環境上的可療性及應用潛力[1]；研究了海洋磁細菌在去除和回收海水環境中重金屬上的應用潛力[1]；用Bacillus清除養魚場污水中的氮，用分子技術篩選作為海水養殖餌料的微藻，開發了六價鉻在生物修復上的應用潛力，分離出耐冷的癸烷降解細菌，研究了海洋環境中多芳香化烴的微生物降解技術[2]；從噬鹽細菌分離出滲透壓調節基因，并生產了重組Ectoine（滲透壓調節因子），從2650米的深海分離到一種耐高溫的細菌，這種細菌可用來分離耐高溫和熱穩定的酶，在耐高溫的archaea發現了D型氨基酸和無氧氨酸消旋酶，測定了3種海洋火球菌的基因組DNA序列，借助于CROSS／BLAST分析進行了特定功能基因的篩選，從海底沉積物、海水和北冰洋收集了1000多種噬冷細菌，并從這些細菌中分離到多種冷適應的酶[2]；建立了一種測定藤壺附著誘導物質的簡單方法，研究了Chlorophyta和共生細菌之間附著所必需的形態上相互作用，研究了珊瑚抗附著物質（dterpene）類似物的抗附著和麻醉作用[3]；分析了海岸環境中污著的起始過程，并對沉積物和附著物的影響進行了檢測[4]。
4．展望與建議
深海微生物的研究進展范文3
關鍵詞：海洋生物；抗腫瘤活性；進展
中圖分類號：R979.1文獻標識碼：A文章編號：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
海洋環境的特殊性和多樣性使海洋生物具有獨特的代謝途徑和遺傳背景，并產生特殊結構和功能的活性物質。早在1578年明代醫學家李時珍著的《本草綱目》就已收錄了90多種海洋藥物。海洋藥物一直是海洋生物資源開發的熱點，1967年世界第一屆海洋藥物研討會標志著大規模研究海洋藥物的開始。到目前為止，已從海洋生物中獲得抗腫瘤、抗病毒、抗心腦血管疾病的新藥，其中海洋生物抗腫瘤活性物質研究進展很快，是海洋藥物開發的重要方向?，F以化學結構為依據，海洋生物為對象，對肽類、大環內酯、多糖、生物堿、萜類、聚醚等抗腫瘤藥物的生理功能和開發現狀作一綜述。
1 活性肽（active peptide）
海洋生物來源的抗腫瘤活性肽化學結構奇特、新穎并具有高活性、高藥效性、穩定性好等特點，是海洋藥物開發中研究的最早、最活躍的領域之一。
1976年Pettit首次從海兔（Dolabella auricularia）中發現環肽類抗腫瘤活性成分，其后從海兔中分離出一系列含量很低的小分子肽dolastatin 1～18，并對dolastatin 3，10，15的生理活性進行了深入的研究[1]，發現dolastatin 10對小鼠P388淋巴細胞白血病細胞的IC50為0.04 mg/L，其中dolastatin 10和15在美國已經合成并進入Ⅰ期和Ⅱ期臨床試驗，主要用于小細胞肺癌、卵巢癌、黑色素瘤和前列腺癌的治療[2]。
除海兔外，因海綿含有大量的寄居微生物而成為抗腫瘤活性肽的又一重要來源。目前已從海綿中提取到結構新穎的肽類有70多種，其中以太平洋婆羅洲海綿Pseudaxlnyssasp中分離得到的環肽malay-siatin，對P388、KB細胞抑制率分別達到82%和70%。從日本采集的蒂殼海綿屬海綿中分離得到5種雜環多肽theopederins A～E，對P388鼠白細胞具有強烈的細胞毒性，其IC50＜1μg/L。其中最有潛力的theopederin A對P388鼠白細胞有顯著的抗腫瘤活性[3]。易楊華等[4]從我國西沙群島永興島棕色海綿中用乙醇提取到一種新的phakellistatins類環肽化合物cycloheptapeptide，該化合物具有抗腫瘤活性。
繼海兔、海綿后，海鞘也是抗腫瘤活性肽的重要資源。自1980年Ireland等從海鞘Lisso-clinum patella中分離到第一個具有抗腫瘤作用的環肽化合物以來，已發現的膜海鞘素系列環肽化合物達10種以上，其中didemnin A和didemnin B在體內外都具有抗腫瘤活性，didemnin B的Ⅰ期和Ⅱ期臨床藥理實驗表明，對L1210白血病細胞的IC50為0.35 mg /L，主要功能是抑制黑色素瘤，卵巢癌，乳腺癌，腎癌等[5]。
研究者不僅在海兔、海綿和海鞘等低等動物中發現了多種抗腫瘤的活性肽，而且在海洋藻類和魚類中也發現了高活性的抗腫瘤肽，如粗壯紅翎藻凝集素和凍沙菜凝集素在體外能抑制白血病細胞L1210及小鼠乳腺癌細胞FM3A的增生，有望成為新的抗癌藥；由鮭魚、鰻魚、鱒魚等鰓體組織中提取的由32種氨基酸組成的鮭降鈣素（salcalctionin）比豬降鈣素活性高20倍，主要用來治療骨轉移性腫瘤的高鈣血癥及早期診斷甲狀腺髓樣；軟體珊瑚Micromonaspora產生的一種新的縮酚酸肽thio-coraline，可抑制P388細胞的RNA 合成，對人黑色素瘤A-549，MEG-28和人結腸癌HT-29均有抑制作用，IC50值分別為0.008 μg/mL，0.002μg/mL，0.002 5μg//mL和0.01μg/mL [6-8]；李祺福等[9]從中國鰲血細胞中提取的相對分子質量小于14 400 的鰲素，對人肝癌SMMC-7721細胞的生長抑制率為55.5%；屬于多肽類的鯊魚軟骨劑（SCP）對人紅白血病K562細胞，人胃癌MGC803細胞和肝癌SMMC-7721細胞均有顯著的抑制作用，IC50值分別為0.7 g/L，1 g/L和1 g/L。
2 大環內酯（macrocyclic lactone）
海洋生物體內的大環內酯類化合物大多具有抗腫瘤活性，主要分布在苔蘚蟲、藻類、海綿、軟體動物和被囊動物中。
苔蘚蟲素是Pettit小組于1982年從草苔蘚（Bugula neritina）中發現的大環內酯類抗腫瘤活性成分。累計發現的苔蘚蟲素有19種以上，其中化合物Ⅰ有很好的抗腫瘤活性，它不僅抑制RNA合成，而且可與蛋白激酶結合，刺激蛋白激酶磷酸化及激活完整的多核形白細胞，對P388白血病細胞IC50值為0.89μg/mL[10]。林厚文等[11]從中國南海產的總合草苔蟲成功地分離出9種草苔蟲內酯成分，其中bryostatin 19 對U937人單核細胞白血病細胞株具有顯著的殺滅作用，IC50為2.8?0-3 μg/mL。經體外抗癌實驗證明，總合草苔蟲內酯對K562人紅白血病細胞具有超強抑制作用，IC50＜1 fg/mL，是目前對此種癌細胞作用最強的天然產物，同時，對U 937人單核細胞白血病細胞株也有明顯的抑制作用，IC50為1.7 μg/mL?？偤喜萏οx廣泛分布于我國渤海到南海的西沙群島多鹽水域，資源豐富，值得開發研究。
amphidinolides 是從前溝藻屬甲藻中分離得到的大環內酯類化合物，此類化合物都具有抗腫瘤生物活性，如amphidinoketideⅠ對人類克隆的腫瘤細胞HCT-115的體外IC50為4.98μg/mL，amphidinoketideⅠ則相對較弱，其IC50為73μg/mL；體外活性實驗表明，amphidinolide B 對小鼠白血病細胞L1210 和KB人類上皮癌細胞的IC50為0.000 14μg/mL和0.004 2μg/mL，amphidinolide L對以上2種細胞的IC50則為0.092μg/mL和0.1μg/mL[12]。
Tapiolas等從加利福尼亞海溝一種珊瑚Paci figugia.sp的表面分離到的鏈霉菌培養物中發現了結構新穎的octalacions A和B，這2種化合物分別是寡霉素A的20-羥基衍生物和腸菌素的5-脫氧衍生物，是含有少見八元環內酯官能團的19碳酮基化合物。octalacions A在體外有抗B16-F17鼠黑色素瘤和HCT-116人胃瘤細胞活性，其IC50值分別為0.007 2μg/mL，0.5μg/mL。
Takahashi等[13]在海魚Halichkoeres bleekeri的胃腸道中分離到S.hygroscopicus，此菌在人工海水培養基中可產生一種新的大環內酯類化合物halichomycin，此化合物在體外有抗P388細胞活性，其ID50值為0.13μg/mL。
從新西蘭一種深水黃海綿Lissodendorgx.sp中獲得一種具有極強抗腫瘤活性的聚醚大環內酯化合物isohomohalichondrin B，對P388細胞株的IC50為0.18 ng/mL，美國國立癌癥研究所（NCI）對60種人腫瘤細胞株的體外篩選表明，其IC50平均為0.115 nmol/L[14]。從日本采集的大田軟海綿（Halichondr-iaokadai）分離到一種聚醚大環內酯-大田軟海綿素（halichondrin）B在體內有潛在的抗P388白血病細胞及B-16黑色素瘤細胞的活性[4]。
3 多糖（polysaccharide）及其衍生物
多糖除了參與體內各種生理活動的調節，刺激免疫細胞提高機體免疫功能外，還可特異性地抑制某些腫瘤細胞的增生。如海參黏多糖對MA-737乳腺癌和T-795肺癌的抑制率分別高達79%和60%以上，并能抑制MA-737乳腺癌的轉移和Lewis肺癌的自然轉移。刺參黏多糖能抑制小鼠S180肉瘤和乳腺癌細胞DNA的合成，促進正常肝細胞DNA的合成[15]。
海洋中具有抗腫瘤活性的多糖大多來源于藻類。海洋硫酸多糖聚古羅糖酯（912）是從海藻中提取分離并經化學修飾得到的海洋硫酸多糖類化合物。體內實驗表明，當912的使用劑量為50 mg/kg，100 mg/kg時，對S180肉瘤的抑制率分別為40.2%和56.8%[16]。曲顯俊等[17]對螺旋藻多糖的抗癌作用進行了體內實驗的研究，結果表明，0.30~1.50 g/L時對B-37乳腺癌細胞的抑制率最高，可達68.0%，對K562白血病細胞抑制率為46.0%，IC50分別為1.48 g/L和1.56 g/L。當螺旋藻多糖以300，150，75 mg/kg灌胃給藥時，對小鼠S180肉瘤的抑瘤率分別為55.20%，44.60%，33.0%，對H-22肝癌的抑瘤率分別為47.1%，36.4%和31.0%；對EAC小鼠腹水癌的抑瘤率分別為56.9%，44.7%和22.8%。
除多糖抑制某些腫瘤細胞的增生外，研究還表明，多糖的衍生物糖蛋白也具有抗腫瘤活性。顧謙群等[18]發現櫛孔扇糖蛋白（glycoprotein of chlamys farreri，GCF）能顯著抑制移植性小鼠肉瘤的生長，并通過動物實驗得出給藥劑量為40 mg/kg時，抑瘤率可達47.29%。烏賊墨的抗腫瘤作用最早是由日本青森產業技術中心和弘前大學發現的, 隨后他們又從中分離得到了一種全新結構的糖蛋白，由兩條呈直線交叉形結合的單糖與蛋白質分子相連。我國呂昌龍等也發現烏賊墨及其提取物可提高腫瘤壞死因子α（TNF-α）和白介素1（IL-1）的分泌水平，增加NK細胞的殺傷活性，對Meth-A , S180 2種肉瘤的抑制率分別為95 %，71% ，并一定程度地抑制了移植瘤的形成[19,20 ] 。另外一些不常見的糖蛋白鮑靈、哈素也顯示出一定的抗腫瘤活性，如哈素能抑制小鼠Hella細胞，KB細胞，Krebs-2腹水腫瘤細胞及S-180肉瘤的生長。
4 生物堿（alkaloid）
生物堿是生物體內一類含氮有機化合物的總稱，它們類似堿的性質，能與酸反應生成鹽，有旋光性和顯著的生理活性。自1983年Kirkap等首次從紅藻Martensia fragilis中分離出吲哚生物堿fragilamide后，越來越多的生物堿從海洋生物中發現，相關文獻報道這些生物堿具有抗腫瘤活性。
從南非一種海洋蠕蟲Cephalodiscus gilchristi中提取出一系列甾體生物堿cephalostatins，對多種腫瘤細胞株具有強細胞毒性，美國國立癌癥研究所（NCI）對60種人腫瘤細胞株進行了體外實驗，IC50 cephalostatin 1為（2.20±1.21）nmol/L，cephalostatin 18為（21.7±9.90）nmol/L，cephalostatin 19為（16.6±9.5）nmol/L[21]。
ecteinascidin 743是一種自海鞘Teinascidia turbinata分離出的四氫異哇啉生物堿，對DNA小溝中的鳥嘌呤殘基有選擇性烷基化作用，能與核酸蛋白相互作用，對L1210白血病細胞和小鼠P388細胞的ID50分別為0.000 9μg/mL和0.003 8μg/mL，臨床試驗結果表明對軟組織瘤和乳腺癌有很好的療效[22-24]。
深水海綿Dereitus.sp能產生新的氨基酸吖啶生物堿dercitin。動物實驗表明，dercitin可延長P388腹水瘤小鼠的壽命，并對B-16黑色素瘤細胞及Lewis肺癌小細胞有抑制活性[4]。從Nagai收集的海綿Halichondria okadai中分離出細菌Alteromonas.sp，能產生一種四環生物堿alteramide A，體外實驗表明，alteramide A對鼠白血病P388細胞，鼠淋巴瘤L1210細胞和人表皮樣瘤KB細胞具有細胞毒活性，其IC50分別為0.1μg/mL、1.7 μg/mL和5.0 μg/mL。
6-硫代鳥嘌呤（6-thioguanine, 6-TG）是從帶魚鱗中提制的抗代謝藥物，對各種類型的急性白血病有一定的效果，對其他抗白血病藥物產生抗藥性的病例尤其有效。若與阿糖胞苷等藥聯合用藥，對胃癌、淋巴腫瘤、慢性粒細胞性白血病與骨髓硬化癥等更加有效。在此基礎上研制的6-巰基嘌呤（6- mercaptopurine），對白血病及絨毛膜上皮癌效果更好。
5 萜（terpene）
萜類是異戊二烯首尾相連的化合物，是具有抗腫瘤活性的新型碳骨架海洋萜類化合物，主要來源于海洋紅樹植物、藻類和海綿。印度Babu等[25]報道，紅樹植物老鼠的乙醇提取物（濃度250~500 mg/kg）能有效地抑制腫瘤的生長和致癌物誘導的老鼠皮層瘤的生成；日本Konoshima[26]從海漆木分離8種labdane型二萜化合物之一，在腫瘤催進劑TPA（12-O-四癸?；?佛波-13-乙酸酯）和激動劑DMBA（7,12-二甲基苯并蒽）協調作用的雙階段小鼠腫瘤模型中顯示出顯著的抗腫瘤活性；紅樹植物海漆二萜類化合物主要通過阻斷信號傳導起到抗腫瘤的作用。從南海耳殼藻Peyssonnelia caulifera分離得到的一種高單萜化合物caulilide對艾氏腹水瘤（EAT）及S180腫瘤細胞的IC50分別為2.4 mg/mL和0.5 mg/mL [27]。
Tsuda等從海綿（Jaspis stellifera）中分離得到6種抗腫瘤的isomalabaricane型三萜。其中stellifenin A對L1210細胞和KB細胞的IC50分別為0.57μg/mL，1.4μg/mL。stellifenin B對L1210細胞和KB細胞的IC50分別為0.60μg/mL，2.10μg/mL。
6 聚醚（polyether）
來自海洋生物的聚醚類化合物多數是毒素，具有強烈的生理活性。最具有代表性的聚醚類化合物是沙群?？舅?，是非蛋白毒素中毒性最強的，有顯著的抗腫瘤作用。Tachibana等從日本海綿Halichondria okadai中分離出一種聚醚類化合物大田酸（okadaic acid），對P388和L1210白血病細胞的IC50分別為1.7?0-3μg/mL和1.7?0-2 μg/mL。后來，Uemura等[28]從此種海綿中又分離出軟海綿素norhalichondrin A和halichondrin B，也是一類聚醚類化合物，它們對B-16黑色腫瘤細胞的IC50分別為5.2μg/mL和0.093ng/mL，5.0μg/kg的halichondrin B對接種B-16黑色腫瘤細胞和P388白細胞的小鼠的延命效率（T/C）高達244%和236%，是一類很有希望的抗腫瘤化合物。
7 類胡蘿卜素（carotenoid）
許多類胡蘿卜素有抗氧化，防治腫瘤D的作用，能阻止或延緩因紫外線照射引起的皮膚癌。目前已從海洋生物中發現了數百種類胡蘿卜素。其中從蝦殼中提取的蝦青素是比β-胡蘿卜素和維生素A更有效的防治腫瘤的物質，當濃度為1?0-9及1?0-8 mol/L 時，對人大腸癌SW- 1116細胞株增生抑制率分別為23.14% 和39.0%，當濃度為1?0-7 mol/L時，可以完全殺死培養的瘤細胞。
綜上所述，近年來隨著物質分離純化和結構分析技術的發展，人們已有從海洋生物中發現了數百種新的具有細胞毒性或抗腫瘤活性的天然產物，其中十幾種抗癌效率高、毒性低的海洋天然藥物或其結構改造化合物進入臨床試驗階段，阿糖胞苷已開發成抗癌新藥。但更多的天然產物仍處于基礎研究階段。我國的研究水平還較低，一些關鍵性的技術問題如深海采樣技術，從復雜生物系統分離純化微量生物活性物質的技術，高通量活性篩選技術等尚待突破性進展。另外，體外篩選模型的局限性導致細胞毒性鑒定不能全面地反映化合物的抗腫瘤活性，而體內活性篩選不僅耗時，而且成本較高，在活性追蹤分離過程中經常難以應用，最終造成我國新藥的開發精力和財力不足。因此，加快我國對該領域的基礎研究和產品開發，對有效利用海洋生物資源具有重要的意義。
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