深海微生物的研究進展

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深海微生物的研究進展范文第1篇

關鍵詞 微生物巖；絕滅事件；地質轉折期

中圖分類號P588 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2011）54-0104-01

0 引言

在地質歷史時期地球上大部分表面積被海水所覆蓋，因而大量發育海相地層。其中微生物巖在前寒武紀地層中大量發育，進入顯生宙地層后海相記錄也遠遠大于陸相記錄。例如從泥盆紀末期的弗拉斯階到法門階再到石炭紀的迪南統，一系列集群滅絕之后，真正的骨架礁構造有機體顯著地消失，而非骨架的泥質為主的建造（泥丘）在這段地質歷史間隔中間很普遍，對這些泥丘的研究就認為微生物的活動在其中發揮了非常重要的作用。顯然研究微生物的地質歷史記錄有助于我們了解地球的演化、生物多樣性、古環境和古氣候變遷以及地質轉折期的生物絕滅事件。

1 微生物巖概述

1.1 定義

微生物巖就是指由深海微生物群落和碎屑或者化學沉積物相互作用形成的一類巖石，主要包括微生物碳酸鹽、磷塊巖、硅質巖、鐵質巖等眾多類型，但各個地史時期主導類型并不一樣，因微生物碳酸巖研究的程度最深，下文主要以其進行闡述。微生物巖并不同于一般的于生物有關的沉積物，她產出的環境并不僅僅局限于深海海域，在淺海環境和湖相沉積中也大量存在，同時它不是一般的殘骸的組成，一旦形成以后，構成的主要骨架就成為二次粘結的場所。將他們和生物巖礁以及生物層礁相區分，微生物沉積建造被命名為微生物巖丘（巖礁）或者微生物巖鏡（均質巖層或巖性體）。

1.2 分類

微生物巖分類因不同而標準劃分不同。按照沉積物的組成類型可以分為鈣質及碳酸巖質、磷塊巖質、硅質巖以及鐵質。實際上也就是根據微生物巖的宏觀構造、內部結構、底棲微生物群落與沉積物之問的作用以及微生物巖在地層中發育方式和特點可將微生物巖分為

5種類型：1）疊層石；2）核形石；3）樹枝石；4）凝塊石；5）隱生石。根據微生物巖的宏觀產出狀態，建議用微生物巖礁和微生物巖層來與通常文獻中所用的生物礁和生物層相區別。但不同的學者對分類方案持不同的意見，Ring提出的方案并不包括核形石的四分方案，高建平等則認為應當保留Burne的方案，而梅冥相則贊成微生物碳酸鹽巖的類型的六分方案。

1.3 形成過程

Burne認為微生物巖的形成的過程主要包括捕獲和黏結碎屑沉積（形成生物粘結灰巖）、非有機鈣化（形成微生物鈣華）以及由生物影響的鈣化（形成生物骨架灰巖）三大過程。最后的過程可能是化學改造與光合作用相結合的產物，也可能是微生物含多糖鞘質的晶體結核作用的結果。根據澳大利眼產出的一些現代疊層石，已出版的凝塊狀疊層石（以凝塊狀構造為特征的微生物巖）和層狀疊層石區別估計顯示微生物巖既不總是由球菌為主的BMC（深海微生物群落）建造，也不由菌絲為主的BMC建造。盡管我們已經觀察到現代凝塊狀疊層石建造的例子，在那里生物影響的碳酸巖化占主導作用；以及現在的層狀疊層石建造的例子，在那里對于陸源碎屑以及季節性的沉積物的捕獲和黏結作用占主導作用。

2 微生物巖的地層分布及其與生物絕滅的關系

地質歷史時期微生物主要以微生物巖的形式大量的保存下來。在元古宙時期發育大量的微生物巖，隨著寒武紀生命大爆發，多細胞生命的多樣化，微生物在數量和多樣性上都存在明顯的衰減。晚奧陶紀生物絕滅事件后則出現了微生物繁盛的階段，在尺寸和數量上都有所增加，其持續的時間也比較長。隨后在晚泥盆紀弗拉期-法門期之交發生了顯生宙中的另外一次生物絕滅事件，使生物礁生態系中的后生骨骼動物受到嚴重的影響，同時期則任表現為是微生物繁盛的過程。二疊-三疊生物大滅絕后發育大量的微生物巖，并大多數發育在淺水環境中，。由上可見在每次生物絕滅事件之后微生物巖都陸續出現，顯然微生物巖的出現與重大地質歷史轉折事件是密不可分的，因二疊-三疊微生物巖是國內外研究的熱點，下面主要以二疊-三疊之交的絕滅事件來進行探討。

越來越多的研究表明二疊-三疊鈣質微生物巖在全球廣泛分布，并大部分都發育于低緯度的淺水海洋環境，向深水區很快殲滅，并且大多數位于二疊-三疊界線之后。這充分說明微生物巖在不僅在空間上具有廣泛性，而且具有等時性。在我國華南地區，Lehrmann于1999年就報道了鈣質微生物層，相繼在川東、廣西太平發現類似的沉積建造。王永標等在鄂東南報道的微生物巖產在二疊-三疊界線之上，同時Palaeofusulina sp等也在鈣質微生物巖中發現了Hindeodus parvus 化石，即處于界線處。Xie等同過對GSSP煤山剖面生物標志化合物的檢測發現多細胞生物大量減少的同時藍細菌則是繁盛的，繼而結合同位素的指標提出兩幕式的觀點，這一觀點現被很多學者所采用。Kershaw通過對我國華南PT界線微生物巖的研究提出海平面處于上升的階段，這和大部分學者得出的結果相符合。由大量的實例可以看出微生物的繁盛很有可能和多細胞生命的減少有關，但具體機制探討的任不深入。

3 結論

微生物巖在地質記錄中廣泛分布，尤其是在地質轉折期微生物巖記錄了很多重要的信息，在其期間微生物巖的繁盛是地球環境急劇突變的時期，也是環境修復調整的時期，通過對微生物組成結構、成因分析以及和生物絕滅事件聯系起來的研究分析必然對了解地質歷史轉折期生命與環境的協同演化有著重要的意義，是再造古地理古氣候的重要線索，是了解不同圈層相互作用的良好載體，同時對于現代生物多樣性危機導致微生物巖的繁盛對于我們重新思考人類和生態之間的平衡有一定的啟示。

參考文獻

[1]梅冥相，孟慶芬，劉智榮.微生物形成的原生沉積構造研究進展綜述[J].古地理學報，2007，9(4).

深海微生物的研究進展范文第2篇

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。《IMBC 2000》在澳大利亞剛剛開過，《IMBC 2003》的籌備工作在日本已經開始，以色列為了舉辦們《IMBC 2006》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MB T），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《IMBC 2000》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。轉貼于

表1 近期IMBC大會研討的主要內容

表2 近期IMBC大會和《Marine Biotechnology》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模化發展，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生物活性及其產物轉貼于

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。現人研究表明，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mRN A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—baryomyces hansenii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P4501A cD－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Hirame Rhabdovirus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?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5.8 S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（Gonostoma gracile）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]。

3.5 DNA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IHNV DNA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Latrunculin B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Zostera marina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第3篇

1脂類

1.1多烯炔類成分

Aratake等[2]從印度尼西亞海綿Haliclonasp.中分離得到一種多元不飽和溴代脂肪酸6-bromo-icosa-3Z,5E,8Z,13E,15E-pentaene-11,19-diynoicacid（1），并通過核磁數據確定了其結構。將分離得到的該化合物純化后進行細胞實驗，研究表明其對NBT-T2大鼠膀胱上皮細胞有細胞毒性，半數抑制濃度（IC50）值為36μg/mL。Watanabe等[3]從Strongylophora屬海綿中分離得到3個多烯炔類成分strongylodiolA、B、C，它們對Molt-4腫瘤細胞有非常顯著的細胞毒活性，IC50值分別為0.35、0.85、0.80μg/mL。

1.2過氧化物

Plakinidae類過氧化物在海綿中比較常見，該類成分在C-3、6位存在過氧橋，同時在C-3、4、6位有烷基鏈取代。Ernesto等[4]從中國南海簡易扁板海綿Plakortissimplex中分離得到plakortideH（2）、I、J，運用波譜學和化學的方法解析了其平面結構，并利用改良的Mosher法確定C-3、4、6手性位點的絕對構型。plakortideH、I、J對鼠纖維肉瘤細胞WEHI164顯示出較強的活性，其IC50值分別為7.1、9.5、8.2μg/mL。并闡述了該類化合物的構效關系，認為過氧環是其具有細胞毒活性的活性位點，若過氧環被破壞，其細胞毒活性則會消失。Dai等[5]通過活性篩選及分離手段從海綿Diacarnuslevii中分離得到4種結構新穎的norsesterterpene過氧化物diacarnoxidesA～D，其中diacarnoxideB（3）顯示出顯著的活性，可以抑制低氧狀態下腫瘤細胞的生長。海綿中分離得到的脂類化合物的結構見圖1。

2大環內酯類

來自海綿的大環內酯類化合物結構新穎、藥理活性多樣，其已經引起越來越多的海洋藥物研究人員的關注。Johnson等[6]從海綿Cacospongiamycofijiensis中分離得到大環內酯類聚酮化合物fijianolidesA（4）、B（5），及6種新型的fijianolidesD～I。fijianolidesA、B具有類似于紫杉醇的微管穩定作用，其中fijianolidesB的作用強于fijianolidesA，且在嚴重聯合免疫缺陷（SCID）小鼠腫瘤細胞體內評價中發現：fijianolidesB可持續阻斷HCT-116腫瘤細胞的生長長達28d。fijianolidesD～I在體外實驗中也顯示了一定的抗HCT-116和MDA-MB-435細胞系活性，其中fijianolidesE、H可以阻斷細胞的有絲分裂。Chevallier等[7]從巴布亞新及利亞海綿Irciniasp.中分離得到一種有強細胞毒性的大環內脂類化合物tedanolideC及其類似物。體外試驗表明該化合物對HCT-116細胞有強的細胞毒性，從細胞周期分析中發現其可使細胞分裂停留在S期。Singh等[8]從新西蘭海綿Mycalehentscheli中分離得到亞微克級的大環內酯類化合物pelorusideA、B。其中pelorusideB可以促進微管的聚合，同紫杉醇一樣可以阻斷細胞的有絲分裂在G2期。

3肽類

在近30年中，研究人員從海綿中發現了大量結構新穎且藥理活性強的肽類成分，部分化合物結構見圖3。海綿肽類化合物的研究能夠取得如此大的進展，主要有以下幾個原因：（1）制備型高效液相色譜等分離純化技術的快速發展與應用；（2）結構54132鑒定方面，波譜解析技術的進展，特別是2D-NMR和質譜等技術在海洋肽類結構測定方面的巨大推動作用。很多海綿環肽類成分由于N-端的封閉、β-或γ-氨基酸殘基以及D-型氨基酸等新氨基酸存在，已經不能通過Edman降解來獲取氨基酸序列的分析結果；（3）手性分離技術的發展，使研究人員能夠用極少量的樣品就可以確定某一氨基酸的絕對構型。Ebada等[9]從印度尼西亞的加里曼丹島海綿Jaspissplendens中分離得到化合物jaspamide（6）和其兩個衍生物jaspamideQ、R。通過1D和2DNMR核磁數據、質譜分析比較得到了jaspamide的準確結構。jaspamideQ、R可以抑制小鼠淋巴瘤L5178Y細胞的增殖，IC50值＜0.1μg/mL。Plaza等[10]從帕勞群島深水水域海綿Theonellaswinhoei中分離得到3種新的類似于anabaenopeptin的多肽類化合物paltolidesA、B、C。paltolidesA、B、C在細胞實驗中并沒有顯示出抗HIV-1活性或細胞毒性，但在亞微摩爾級顯示出對羧肽酶的選擇性抑制。Plaza等[11]從海綿Siliquariaspongiamirabilis中分離得到6種新的環肽化合物，它們分屬于celebesidesA、B、C（7～9）和theopapuamidesB、C、D。celebesidesA在單輪傳染性實驗中抗HIV-1活性的IC50值為（1.9±0.4）μg/mL，而在非磷酸化的模擬實驗中，celebesidesA即使在50μg/mL這樣的高濃度下仍無活性。theopapuamidesA、B、C對人體結腸癌細胞HCT-116顯示出細胞毒性，IC50值為2.1～4.0μg/mL，并且有強的抗真菌活性。Ratnayake等[12]從巴布亞新幾內亞的海綿Theonellaswinhoei中分離得到一種結構新穎的環肽theopapuamide，該化合物對CEM-TART和HCT-116細胞系均具有強的細胞毒性，半最大效應濃度（EC50）值分別為0.5、0.9μmol/L。Robinson等[13]從兩種海綿Aulettasp.和Jaspissplendens中分離得到jasplakinolide和11個jasplakinolide類似物，其中有7個化合物為新化合物。jasplakinolideB顯示出非常強的細胞毒性，對人體直腸結腸惡性腺瘤細胞HCT-116的IC50值＜1nmol/L，但是在細胞微絲試驗中，即使IC50值為80nmol/L時也沒有顯示出微絲破壞活性。

4生物堿類

生物堿類成分是海綿化學成分研究的一個非常重要的領域。該類成分結構獨特，其中許多化合物具有抗腫瘤、降壓、廣譜抗菌、抗病毒等生物活性。因此藥物開發人員對從中尋找治療人類重大疾病的特效藥物寄予了厚望。

4.1吲哚類生物堿Dai等[14]從海綿Smenospongiacerebriformis中分離得到2個新化合物dictazolineA（10）、B（11），以及2個已知化合物tubastrindoleA、B，活性篩選結果表明該類化合物既沒有顯示出明顯的細胞毒性，也沒有抗菌活性。

4.2β-咔啉類生物堿Inman等[15]從巴布亞新幾內亞海綿Hyrtiosreticulates中分離得到1個β-咔啉生物堿hyrtiocarboline（12），該化合物可選擇性抑制H522-T1肺非小細胞、MDA-MB-435黑素瘤細胞、U937淋巴癌細胞系的增殖。同時在該屬海綿中還分離得到dragmacidonamineA（13）、B。

4.3異喹啉類生物堿異喹啉類生物堿具有很好的抗微生物、抗腫瘤等藥理活性。ecteinascidin743（14）的開發成功使我們認識到了該類化合物具有廣闊的新藥開發前景[16]。Pettit等[17]從海綿Cribrochalinasp.中分離得到了3個異喹啉生物堿cribrostatin3（15）、4、5，并通過X單晶衍射確定了其立體構型。cribrostatin3、4、5顯示出很強的抑制卵巢癌細胞Ovcar-3增殖的活性，其IC50值分別為0.77、2.20、0.18μmol/L，對鼠白血病細胞P388也有很好的抑制增殖的活性，IC50值為2.49、24.6、0.045μg/mL。另外，這3個化合物還具有一定的抗微生物活性。

4.4溴代酪氨酸類生物堿溴代酪氨酸類生物堿是一類生物活性廣泛的成分。Carney等[18]從海綿Pasammaplysillapurpurea中分離得到bastadine（16），其對多種腫瘤細胞均表7R1＝PO3H2R2＝C2H58R1＝PO3H2R2＝C2H59R1＝PO3H2R2＝C2H56·1436·現出較弱的細胞毒性，在2μg/mL時，對結腸腺癌、人肺癌細胞A5499、鼠淋巴白血病細胞P388和人體腫瘤細胞HT-2有毒性；當濃度為2.5μg/mL時，其對無腫瘤CV-1猴腎細胞有一定的毒性。另外，bastadine對拓撲異構酶II（IC50值為2.0μg/mL）及脫氫葉酸鹽還原酶（IC50值為2.5μg/mL）有抑制作用。Galeano等[19]從加勒比海綿Verongularigida分離得到9種bromotyrosine衍生的化合物，其中purealidinB（17）、11-hydroxyaerothionin（18）在10、5μmol/L時對利什曼原蟲和瘧原蟲顯示出選擇性抗寄生蟲活性。

4.5吡咯類生物堿Mao等[20]從海綿Mycalesp.中分離得到18個結構新穎的脂溶性的2,5-二取代吡咯類成分（19）。這些化合物具有一定的阻斷缺氧誘導因子-1（HIF-1）活性的作用，IC50值＜10μmol/L。作用機制研究表明，該類化合物在一定濃度下可通過阻斷NADH-泛醌氧化還原酶（復合物I）來抑制線粒體的呼吸作用，以此來阻斷HIF-1的活性。Liu等[21]通過活性追蹤及色譜方法從海綿Dendrillanigra中分離得到4個結構新穎的具有分子靶向抗腫瘤活性的片羅素類成分neolamellarinA、neolamellarinB、5-hydroxyneolamellarinB和7-hydroxyneolamellarinA（20）。7-hydroxyneolamellarinA可以阻斷低氧誘導下T47D細胞中的HIF-1活性，IC50值為1.9μmol/L，也可以抑制血管內皮生長因子（VEGF），使其停留在分泌蛋白水平。季紅等[22]從中國南海海綿Iotrochotasp.中分離得到purpurone（21），它是該屬海綿中的特征性成分和主要抗氧化活性成分，其清除DPPH自由基的IC50值為19μg/mL。

4.6其他Morgana等[23]從海綿Petrosaspongiamycofijiensis中分離得到mycothiazole及類似物8-O-acetylmycothiazole、4,19-dihydroxy-4,19-dihydromycothiazole；mycothiazole可以抑制低氧誘導下腫瘤細胞中HIF-1的生成，IC50值為1nmol/L，抑制體外低氧刺激下腫瘤血管的生成，并在體外實驗中還表現出一定的神經毒性。Coello等[24]從肯尼亞的拉姆島海綿Mycalesp.中分離得到一種環狀二胺1,5-diazacyclohenicosane（22），并運用HR-ESI-MS和1D、2D-NMR等波譜學方法確定了其結構。該化合物對A549、HT29和MDA-MB-231腫瘤細胞株顯示出中等強度的抑制增殖活性，IC50值分別為5.41、5.07、5.74μmol/L。Hermawan等[25]從海綿Leucettasp.中分離得到一種新型聚炔類生物堿2-(hexadec-13-ene-9,11-diynyl-methyl-amino)-ethanol（23），并通過核磁數據確定其結構。該生物堿對NBT-T2細胞具有較強的細胞毒性，IC50值為2.5μg/mL。張浩等[26]從中國南海海綿Axinellasp.中分離得到hymenialdisine（24）和debromohymenialdisine（25）。這兩種化合物為吡咯烷生物堿成分，都是MAPK途徑抑制劑，其中hymenialdisine可以有效抑制影響絲裂原激活的蛋白激酶1的活性，其IC50值為6nmol/L，對GSK-3激酶以及CDK家族也顯示出很強的抑制活性，其IC50值為10～700nmol/L。debromohymenialdisine能夠具有抑制G2期DNA損傷檢查點、檢查點激酶1（Chk1）和2（Chk2）的活性，IC50值分別為8、3、315μmol/L。海綿中分離得到的生物堿類成分的結構見圖4。

5甾醇

甾醇是一類分子中環戊烷駢多菲甾核的化學成分，是某些激素的前體，也是生物膜的重要組成部分。甾醇是存在于任何一種生物體內的化學成分。目前在海洋生物中發現了200多種單羥基甾醇，大部分在海綿中都可以找到。另外，從海綿中還分離得到了大量的多羥基甾醇類成分，這些成分大都具有顯著的生理活性。Whitson等[27]從菲律賓海綿Spheciospongiasp.中分離得到3種新的甾醇硫酸鹽spheciosterolsulfatesA（26）、B、C，通過1D、2D-NMR和HR-ESI-MS等波譜方法確定了它們的結構。這些化合物都可以阻斷蛋白激酶Cζ（PKCζ）的活性，IC50值分別為1.59、0.53、0.11μmol/L；在細胞實驗中顯示其也可以阻斷NF-κB的活性，EC50值為12～64μmol/L。黃孝春等[28]從我國南海的蓖麻海綿BiemnafortisTopsent中分離得到9個甾體。這些化合物均為首次從蓖麻海綿中分離得到，其中化合物cholest-4-ene-3,6-dione（27）在淋巴細胞轉移實驗中對T和B淋巴細胞的增殖顯示出顯著的抑制活性。另外，對蛋白質酪氨酸磷酸酯酶PTP1B也有顯著的抑制活性，其IC50值為1.6μmol/L。Morinaka等[29]從海綿Phorbasamaranthus中分離得到5種新的甾體咪唑類化合物amaranzoleB（28）～F和已知結構的amaranzoleA（29）。amaranzoleB～F屬于含有不同羥苯咪唑基側鏈的類似物。amaranzoleA、C、D中C24位的C-N被C-O鍵取代分別得到化合物amaranzoleB、E和F。這兩類咪唑類類似物很可能是因為烯丙基的重排，即C24-N和C24-O交換，同時伴隨CO2的脫去而形成的。人結腸癌細胞HTC-116細胞毒活性測試結果表明，amaranzoleA無顯著毒性（IC50＞32μg/mL）。Whitson等[30]從菲律賓的科隆島海綿Lissodendoryx(Acanthodoryx)fibrosa樣品中分離得到3個新的硫酸取代的甾醇的二聚體化合物fibrosterolsulfatesA、B、C，其中化合物fibrosterolsulfatesA（30）、B（31）具有較強的蛋白激酶CPKCζ抑制活性，IC50值分別為16.4、5.6μmol/L。Fattorusso等[31]從Clionanigricans中分離得到兩個結構骨架異常奇特的甾體clionastatinsA（32）、B（33）。clionastatinsA、B為首次發現在自然界中存在的多鹵代androstane類甾體，它們對鼠纖維肉瘤細胞WEHI164、鼠巨噬細胞RAW264-7和人單核細胞THP-1顯示出中等強度的細胞毒活性，其IC50值為0.8～2.0μg/mL。Lu等[32]從昆士蘭北部海床收集得到的海綿Sollasellamoretonensis中分離得到兩種A環為芳香環的膽汁酸3-hydroxy-19-nor-1,3,5(10),22-cholatetraen-24-oicacid和3-hydroxy-19-nor-1,3,5(10)-cholatrien-24-oicacid。從海綿中分離得到的部分甾醇類成分的結構見圖5。

6萜類

萜類化合物是一類分子結構中具有(C5H8)n單元的不飽和烷烴及其衍生物。海綿中的萜類化合物結構類型多種多樣，并且具有強烈生理活性。

6.1倍半萜Xu等[33]從海綿Hyrtiossp.中分離得到一種新的倍半萜–二氫醌puupehanol（35）及已知的化合物puupehenone和chloropuupehenone。puupehenone顯示出強的抗新隱球菌和念珠菌活性，最低殺真菌濃度（MFC）值分別為1.25、2.50μg/mL。

6.2二倍半萜黃孝春等[34]從南海倔海綿屬海綿Dysideavillosa中分離得到5種scalarane型二倍半萜化合物?？鼓[瘤活性篩選結果表明，scalaradial對HL-60、BEL-7402、MDA-MB-435等腫瘤細胞株具有顯著的抑制活性，IC50值分別為3.4、5.8、4.8μmol/L。邱彥等[35]從中國南海海綿Hyrtioserectus中分離得到8個二倍半萜類化學成分，通過采用多種色譜手段進行分離純化，應用多種波譜分析技術，并結合文獻對照，對所分離到的化合物進行了結構鑒定。其結構分別為furoscalarol、12-O-deacetyl-furoscalarol、16-deacetyl-12-epi-scalarafuranacetate、isoscalarafuran-A、scalarin（37）、12-O-deacetyl-19-deoxyscalarin、12-epi-deoxoscalarin、21-hydroxy-deoxoscalarin。印度尼西亞海綿Lendenfeldiasp.的脂類提取物可以抑制低氧誘導的T47D胸腺瘤細胞中hypoxiainduciblefactor-1的活性。Dai等[36]通過色譜分離技術分離得到結構已知的homoscalarane型二倍半萜16β,22-dihydroxy-24-methyl-24-oxoscalaran-25,12β-olactone（38）、24-methyl-12,24,25-trioxoscalar-16-en-22-oicacid、12,16-dihydroxy-24-methylscalaran-25,24-olide、PHC-4andscalarherbacinA。它們不僅能夠抑制低氧誘導的HIF-1的活性（IC50值為0.64～6.9μmol/L），還有抑制T47D和MDA-MDA-MB-231胸腺腫瘤細胞的增殖活性。

6.3三萜海綿中三萜的種類和數量都相對較少，主要可以分為異臭椿型、siphonella型和羊毛甾烷型3大類。Dai等[37]通過活性篩選及多種分離手段從南非海綿Axinellasp.中分離得到7個結構新穎的sodwanone三萜類化合物3-epi-sodwanoneK（39）、3-epi-sodwanoneK-3-acetate、10,11-dihydrosodwanoneB、sodwanonesT～W和結構新穎的yardenone三萜類化合物12R-hydroxyyardenone，以及結構已知的化合物sodwanoneA、sodwanoneB、yardenone。sodwanoneV可同時阻斷低氧誘導和鐵離子螯合劑（1,10-鄰二氮雜菲）誘導下T47D胸腺腫瘤細胞中HIF-1的活性（IC50值為15μmol/L）。化合物3-epi-sodwanoneK、sodwanonesT、10,11-dihydro-sodwanoneB和sodwanoneA可以抑制T47D細胞中HIF-1的活性。化合物3-epi-sodwanoneK-3-acetate對T47D細胞有一定的細胞毒性（IC50值為22μmol/L），化合物sodwanonesV對MDA-MB-231胸腺腫瘤細胞有一定的細胞毒性（IC50值為23μmol/L）。唐生安等[38]采用多種色譜手段對中國南海海綿Jaspissp.的化學成分進行了分離純化，應用波譜分析技術（包括IR、MS、2D-NMR等），并結合文獻對照，對所分離到的化合物進行了結構鑒定，分別為異臭椿類三萜化合物stellettinA（40）～D、H、I、rhabdastrellicacidA和geoditinB。該類化合物具有很強的抗腫瘤、抗病毒等生理活性，所以極具研究開發和應用價值。

7展望