真菌Paraconiothyrium brasiliense次级代谢产物及其代谢调控研究

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昆虫生物多样性丰富,分布范围也非常广泛,数量和种类远超植物。昆虫肠道呈碱性,且含丰富的各种酶系,构建了一个特殊的环境,特殊的生存环境可能孕育着特殊的新的微生物物种,这些微生物可能会有独特的代谢途径,能够产生骨架新颖的活性次级代谢产物。所以,近年来,为提高新颖活性化合物发现的几率,人们将微生物研究的对象从陆地/海洋延生到昆虫体内。但目前,人们对昆虫内生菌的研究相对较少,对其次级代谢产物的研究尚处于起步阶段,可以预见,昆虫内生菌的研究将为天然产物的发展拓展新的领域,也为开发新颖活性先导化合物提供重要来源,是创新药物研发的新热点,具有广阔的前景。本论文菌株Paraconiothyrium brasiliense属于一株类壳小圆孢,分离自中华剑角蝗(Acrida cinerea)肠道体内,昆虫样品采集于湖北省神农架地区(大九湖国家湿地公园)。主要研究内容包括:菌株Paraconiothyrium sp.次级代谢产物研究;菌株Paraconiothyrium sp.代谢调控研究;部分化合物生物活性研究。主要研究结果如下:1.利用硅胶柱色谱层析(包括正相硅胶色谱和反相硅胶色谱)、制备薄层色谱层析(PTLC)、凝胶柱色谱(Sephadex LH-20)、高效制备液相色谱层析(HPLC)等经典纯化手段对该菌株的固体发酵萃取物进行分离纯化,得到71个化合物,并通过红外光谱(IR)、紫外光谱(UV)、质谱(MS)、一维和二维核磁共振谱(1D NMR和2D NMR)、圆二色谱(CD)和X-ray单晶衍射等现代波谱学技术和理化性质,鉴定了全部71个化合物的结构。包括罕见的混源萜类化合物22个(化合物1-22),其中新化合物20个(化合物2-10,12-22);呋喃酮类化合物20个(化合物23-42),其中新化合物18个(化合物24-31,33-42);吡喃酮类化合物1个(化合物43),为新化合物;螺环类化合物2个,均为新化合物(化合物44-45);环肽类化合物10个(化合物46-55),均为已知化合物;其它类化合物16个(化合物56-71),均为已知化合物。通过CD确定了化合物24-26、28、32、33、37、43的绝对构型。首次利用X-ray单晶衍射(铜靶)的方法直接确定了已知化合物Craterellins C的绝对构型,并核磁数据、生源途径等方法确定了其它15个化合物的绝对构型,为此类化合物的结构鉴定提供了依据。2.对该菌株的次级代谢产物进行多样性拓展,采用OSMAC方法,改变培养基成分、卤盐胁迫、添加高浓度糖和高浓度磷酸盐、化学表观遗传修饰、添加前体、碱胁迫,探讨该菌株的次生代谢产物的多样性。通过TLC和HPLC分析,发现菌株在分别添加3%的NaCl和3%的NaBr的条件下的发酵产物差别明显,特别是在3%的NaBr的条件下。最终确定添加3%的NaBr进行扩大发酵,采用各种经典色谱纯化技术和波谱学技术以及理化性质,从中新发现了5个艾里莫芬型倍半萜(Eremophilane)类化合物(化合物72-76),其中化合物73、74、75为新化合物。首次通过X-ray单晶衍射获得了已知化合物microsphaeropsisin(化合物72)的单晶结构。该类型的化合物为首次从该属菌株中获得,推测可能在卤盐的胁迫下,激活了该菌株的沉默代谢途径。化学表观遗传修饰发现通过添加0.5 mM的辛二酰双羟肟酸(SBHA),从中新发现了2个吡啶酮类化合物(化合物77-78),其中化合物78为新化合物。该类型的化合物也是首次从该属菌株中获得,推测可能在SBHA的胁迫下,激活了该菌株的沉默基因,从而产生新的代谢产物。3.评价了部分化合物的体外细胞毒活性、抗R5型HIV-1病毒感染活性以及细胞内20S蛋白酶体抑制活性,但并未筛选出有效的生物活性。神经细胞保护活性研究中,建立H202所致大鼠肾上腺嗜铬细胞瘤细胞PC12的氧化应激损伤模型,通过MTT法检测细胞存活率,结果表明,化合物14和化合物28能显著地保护由H202诱导引起的PC12细胞损伤。综上所述,本论文对真菌Paraconiothyrium sp.的次级代谢产物进行了系统的分离和结构鉴定,鉴定了78个化合物的结构。结构类型主要包括4种类型,第一类为少见的混源萜类化合物,共分离得到22个,其中新化合物20个;第二类为呋喃酮类化合物,共分离得到20个,其中新化合物18个;第三类为环肽类化合物,共10个,均为已知化合物,第四类为艾里莫芬型倍半萜类化合物,为代谢调控所得。研究结果表明该菌株次级代谢产物丰富且结构类型多样化,为该菌株的进一步研究提供了结构支撑。本论文还采用OSMAC方法对该菌株的次级代谢产物进行多样性拓展,首次发现该菌株通过调控可产生莫芬型倍半萜类和毗啶酮类化合物,为OSMAC方法的推广以及运用提供有效的实验依据。
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