GNPS及活性导向的海洋放线菌的筛选、鉴定及其活性物质分析

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放线菌广泛分布于陆地和海洋生态系统,是产生天然活性化合物的重要微生物资源。然而,随着放线菌在临床上的广泛应用,发现稀有和新的放线菌具有重要意义。海洋放线菌由于其特殊的生存环境,可能产生具有新颖结构的代谢产物。传统筛选微生物次级代谢产物的方法成本高,工作强度大,而且越来越多的化合物被重复发现,因此需要探索新技术,有目的地筛选所需要的菌株。本研究以泉州湾红树林中微生物为研究对象,以结构为导向,利用分子网络(MN)在全球天然产物社会分子网络(GNPS)数据库比对,将代谢产物化学信息学检测数据与生物筛选结合,确定具有活性次级代谢产物的海洋放线菌,并对其次级代谢产物二级质谱数据进行分析。采用形态学和分子生物学鉴定(16S rRNA)的方法从泉州湾红树林生态系统中纯化出19株链霉菌(Streptomyces),1株马杜拉放线菌(Actinomadura)。利用牛津杯法测定20株菌株提取物在浓度为5 mg/mL时对大肠杆菌(Escherichia coli)和金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)的抑菌效果,共筛选出11株菌株提取物对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌有明显的抑制效果,抑菌直径为10.85~25.25 mm,其中链霉菌H-26菌液提取物活性最强,对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌直径分别为21.06 mm和25.25 mm。采用CCK-8法检测菌株提取物在浓度为30μg/m L对人肺癌细胞(A549)的细胞毒性,有5株链霉菌(H-11、H-43、H-60、H-80和H-88)的菌体和菌液提取物抑制率均高于90%。选择链霉菌H-11、H-26、H-43、H-60、H-80和H-88为目标菌株,测定其提取物对人宫颈癌细胞(He La)、乳腺癌细胞(MCF-7)和A549细胞的IC50,结果表明6株链霉菌提取物都至少对其中的一株肿瘤细胞有细胞毒活性;其中H-43、H-60和H-88提取物对He La细胞的抑制活性较强,IC50为2.09~5.80μg/m L;H-60对MCF-7细胞的抑制活性较强,菌体和菌液提取物IC50分别为2.50和3.59μg/m L;H-43、H-60和H-88提取物对A549细胞的抑制活性较强,IC50为3.40~5.63μg/m L。通过GNPS数据库中内置的MN算法对链霉菌H-11、H-26、H-43、H-60、H-80和H-88提取物的MS~2数据进行分析,共比对出60个已知化合物,其中菌株H-60提取物的分子笼和未知节点最多,因此结合活性和GNPS分析结果,选择H-60为目标菌株扩大培养,采用正相硅胶柱划段的方法,将发酵粗提物分为5个组分(Fr.1~Fr.5),利用体外抗肿瘤活性跟踪发现Fr.1和Fr.2对He La细胞、MCF-7和A549细胞有明显的抑制作用,IC50分别为2.29~4.28μg/m L和1.05~1.46μg/m L,接着用GNPS对二级质谱数据分析,Fr.1~Fr.5共比对出19个已知化合物,构建MN分析发现Fr.2有较多的未知节点,而且尚未比对出有抗肿瘤活性的已知化合物,因此推测Fr.2有挖掘具有抗肿瘤活性未知天然产物的潜力,值得进一步探索。综上所述,本研究共分离出19株链霉菌,1株马杜拉放线菌,其中11株链霉菌提取物有抑菌活性,5株链霉菌提取物对A549细胞的抑制率高于90%。利用GNPS分析活性菌株代谢产物,将化学信息学检测数据与生物筛选结合,锁定菌株H-60的Fr.2中存在具有抗肿瘤活性的未知天然产物,为发现新的抗肿瘤药物奠定了基础。
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