第二章 海洋生物技術(shù)之生物活性物質(zhì)課程之三

1、海洋生物活性物質(zhì)海洋生物活性物質(zhì)MARINE BIOACTIVE SUBSTANCE海洋生物活性物質(zhì)一、概論二、海洋生物活性物質(zhì)結(jié)構(gòu)類型三、海洋生物活性物質(zhì)研究領(lǐng)域四、海洋藥物開發(fā)的成功案例3.3 3.3 海洋微生物活性物質(zhì)簡介海洋微生物活性物質(zhì)簡介 海洋微生物活性物質(zhì)海洋微生物活性物質(zhì) 海洋動植物的活性物質(zhì)有海洋動植物的活性物質(zhì)有80%80%是由其共附生的微生物產(chǎn)生的。是由其共附生的微生物產(chǎn)生的。如：海兔毒素如：海兔毒素巨大鞘絲藻巨大鞘絲藻 大環(huán)內(nèi)酯類（如海鞘素、苔蘚蟲素等）大環(huán)內(nèi)酯類（如海鞘素、苔蘚蟲素等）顫藻屬、前溝藻顫藻屬、前溝藻 大田軟海綿酸、石房蛤毒素、西加魚毒大田軟海綿酸、石房蛤

2、毒素、西加魚毒微藻微藻 不飽和脂肪酸、河豚毒素等不飽和脂肪酸、河豚毒素等海洋微生物的主要特點海洋微生物的主要特點l嗜鹽性l適冷性l適壓性l低營養(yǎng)性l趨化性和附著生長：微生物黏膜l發(fā)光性海洋微生物主要類群海洋微生物主要類群細(xì)菌細(xì)菌放線菌放線菌真菌真菌古菌古菌約約180種種弧菌弧菌特殊性特殊性抗生素抗生素酵母菌酵母菌海洋霉菌海洋霉菌木生真菌木生真菌多為極端多為極端環(huán)境菌環(huán)境菌海洋微生物資源及應(yīng)用海洋微生物資源及應(yīng)用l 在海洋生態(tài)系統(tǒng)中的作用：重要的分解者和生產(chǎn)者l生物活性物質(zhì)：醫(yī)藥；酶；其他l 環(huán)境凈化l 其他應(yīng)用l 危害（如赤潮）紅潮一紅潮二OHOHOHHHHHHHOOHOHHHHHHOOHOH

3、OHHHHHHOO16OHOHOHHHHHHHOOHOHHHHHHOOHOHOHHHHHHOO16OHOHOHHHHHHHOOHOHHHHHHOOHOHOHHHHHHOO16OnOOOOOOOOO 在洗滌劑、紡織、飼料、醫(yī)療等多個行業(yè)中推廣在洗滌劑、紡織、飼料、醫(yī)療等多個行業(yè)中推廣應(yīng)用產(chǎn)品應(yīng)用產(chǎn)品500500余噸，新增產(chǎn)值余噸，新增產(chǎn)值6186.96186.9萬元萬元 獲得復(fù)合酶產(chǎn)品報批文獲得復(fù)合酶產(chǎn)品報批文1 1項、獸用生物制品批準(zhǔn)項、獸用生物制品批準(zhǔn)文文1 1項及生產(chǎn)許可證、新產(chǎn)品企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)項及生產(chǎn)許可證、新產(chǎn)品企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)3 3項，申請發(fā)明專利項，申請發(fā)明專利1111項項 青島科谷酶業(yè)有限公司

4、青島科谷酶業(yè)有限公司( (總投資總投資74247424萬元萬元) )，國家發(fā)改委立項，國家發(fā)改委立項， 年生產(chǎn)年生產(chǎn)79007900噸，建成發(fā)酵、提取及輔助生產(chǎn)車間噸，建成發(fā)酵、提取及輔助生產(chǎn)車間2100021000在養(yǎng)殖行業(yè)中的應(yīng)用在養(yǎng)殖行業(yè)中的應(yīng)用在洗滌行業(yè)中的應(yīng)用在洗滌行業(yè)中的應(yīng)用 q低分子量寡糖具有多種生物活性，在口腔醫(yī)學(xué)、人體低分子量寡糖具有多種生物活性，在口腔醫(yī)學(xué)、人體免疫、抗癌領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用免疫、抗癌領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用 q獲得較為理想的幾丁質(zhì)酶工業(yè)生產(chǎn)菌株獲得較為理想的幾丁質(zhì)酶工業(yè)生產(chǎn)菌株 q建立幾丁寡糖噸級生產(chǎn)線建立幾丁寡糖噸級生產(chǎn)線q完成高純度幾丁寡糖的制備工藝完成高純度幾丁

5、寡糖的制備工藝 第四節(jié)第四節(jié) 海洋天然產(chǎn)物研究實例海洋天然產(chǎn)物研究實例 v美國美國University of Illinois. v1972年發(fā)現(xiàn)加勒比海背囊類動物紅樹海年發(fā)現(xiàn)加勒比海背囊類動物紅樹海鞘鞘(Ecteinascidia turbinata)有有抗腫瘤活性抗腫瘤活性成分。成分。1990年確定其結(jié)構(gòu)，為大環(huán)內(nèi)酯生年確定其結(jié)構(gòu)，為大環(huán)內(nèi)酯生物堿化合物（四氫異喹啉類化合物）物堿化合物（四氫異喹啉類化合物） ；1996年全合成。目前正在進(jìn)行年全合成。目前正在進(jìn)行期臨床。期臨床。v1972-1996(from crude extracts to total synthesis).作用機制：通

6、過與作用機制：通過與DNA結(jié)合后結(jié)合后抑制腫抑制腫瘤瘤DNA轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄，同時也能，同時也能抑制多藥耐藥抑制多藥耐藥基因（基因（mdr21）活性）活性，可誘發(fā)腫瘤細(xì)，可誘發(fā)腫瘤細(xì)胞死亡，其作用呈劑量依賴方式。研胞死亡，其作用呈劑量依賴方式。研究還發(fā)現(xiàn)究還發(fā)現(xiàn)ET-743能夠在高濃度時引起能夠在高濃度時引起腫瘤細(xì)胞死亡，在低濃度可以影響腫腫瘤細(xì)胞死亡，在低濃度可以影響腫瘤細(xì)胞周期。在美國和歐洲進(jìn)行的期瘤細(xì)胞周期。在美國和歐洲進(jìn)行的期臨床中對實體瘤顯示出較好的療效。臨床中對實體瘤顯示出較好的療效。很可能成為很可能成為第一個正式應(yīng)用于臨床的第一個正式應(yīng)用于臨床的海洋抗癌藥海洋抗癌藥。加勒比海海鞘加勒比海

7、海鞘(E. turbinata)豐度有限，可以豐度有限，可以以細(xì)菌以細(xì)菌pseudomonas flourenscens中發(fā)現(xiàn)中發(fā)現(xiàn)的的safracin B為前身物質(zhì)，通過半合成途徑為前身物質(zhì)，通過半合成途徑獲得獲得ET-743 。西班牙馬爾制藥公司利用養(yǎng)殖的加勒比海海西班牙馬爾制藥公司利用養(yǎng)殖的加勒比海海鞘增加了臨床實驗用鞘增加了臨床實驗用ET-743的供應(yīng)（每年的供應(yīng)（每年40t）。）。美國佛羅里達(dá)州規(guī)定允許采集美國佛羅里達(dá)州規(guī)定允許采集30kg加勒比海加勒比海海鞘，但取樣量不能超過群體的海鞘，但取樣量不能超過群體的50，不能，不能移動天然地基。移動天然地基。ET-743ET-743與一種

8、微生物的代與一種微生物的代謝物非常類似，由這種微謝物非常類似，由這種微生物可以合成生物可以合成ET-743ET-743。有趣的是，有趣的是，ETET一一743743與一種與一種微生物代謝物非常類似，微生物代謝物非常類似，由這種微生物可以合成由這種微生物可以合成ET-ET-743743。草苔蟲草苔蟲bryostatins抗癌活性成分研究抗癌活性成分研究草苔蟲（草苔蟲（Bugula neritina）是一種海洋）是一種海洋底棲動物，廣泛分布于世界各海洋。自底棲動物，廣泛分布于世界各海洋。自1968年首次發(fā)現(xiàn)它的抗癌活性以來，從年首次發(fā)現(xiàn)它的抗癌活性以來，從中已分離得到十幾個大環(huán)內(nèi)酯類化合物中已分離

9、得到十幾個大環(huán)內(nèi)酯類化合物Bryostatins。 草苔蟲（草苔蟲（Bugula neritina）是一種海洋）是一種海洋底棲動物，廣泛分布于世界各海洋。自底棲動物，廣泛分布于世界各海洋。自1968年首次發(fā)現(xiàn)它的抗癌活性以來，從年首次發(fā)現(xiàn)它的抗癌活性以來，從中已分離得到十幾個大環(huán)內(nèi)酯類化合物中已分離得到十幾個大環(huán)內(nèi)酯類化合物Bryostatins。本文將從專利文獻(xiàn)的角度。本文將從專利文獻(xiàn)的角度追溯這些追溯這些Bryostatins抗腫瘤物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)抗腫瘤物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)和研究歷程。和研究歷程。 苔蘚蟲的苔蘚蟲的Brystatin-1 化學(xué)結(jié)構(gòu)時間研究機構(gòu)海洋動物化學(xué)物質(zhì)活性專利1983美國Arizon

10、a州立大學(xué)Bugula neritina L. Amatnea convoluta(Bryozoan phylum)bryostatin1bryostatin1-3 3抗腫瘤活性US45607741984Arizona州立大學(xué)Bugula neritina L. Amatnea convoluta(Bryozoan phylum)Bryostatin4-8Bryostatin4-8抗腫瘤活性US46110661986Arizona州立大學(xué)Bugula neritina(Linneaeus)(Bryozoan phylum)Bryostatin9Bryostatin9-1313抗腫瘤活性US48

11、332571996Arizona州立大學(xué)腫瘤研究院和化學(xué)系Bugula neritina(Linneaeus)(Bryozoan phylum)bryostatin 16-bryostatin 16-1818抗腫瘤活性EP03245741997第二軍醫(yī)大學(xué)藥學(xué)院Bugula neritina L.Bryostatin 19Bryostatin 19抗腫瘤活性CN97106686.81998第二軍醫(yī)大學(xué)Bugula neritina L.CN98121986.11999美國衛(wèi)生部和Arizona州立大學(xué)董事會C-26C-26位修飾的位修飾的bryostatinbryostatin1 1、2 2、

12、4-134-13抗腫瘤活性US60605052003第二軍醫(yī)大學(xué)Bugula neritina L.草苔蟲總內(nèi)酯抗SARS病毒和保護(hù)被感染細(xì)胞CN03129469.3 生物勘探過程通常分為2個階段。初級采集是從大量物種中各提取少量樣本，以鑒別hit或可能的先導(dǎo)物，隨著工藝(如小型化)的改進(jìn)和天然產(chǎn)物化學(xué)的發(fā)展，在過去30年中初級采探階段的對每個物種取樣量顯著減少。例如，在1974-1981年間，澳大利亞悉尼羅氏海洋藥物研究所需要l0kg (濕重)樣本來篩選、分離和鑒定一個化合物結(jié)構(gòu)。而在2004年，一些研究者宣稱鑒定一個活性物質(zhì)結(jié)構(gòu)只需100g樣本，篩選水平僅為20-40g或單一樣本，但通常的

13、樣本采集量為0.5-1 kg，鑒別出hit或者先導(dǎo)物后進(jìn)行第2階段的采集過程。第二階段的采集(二次采集)量比第一階段要大，這是因為：1)一些化合物在天然產(chǎn)物中的濃度非常低，需要大規(guī)模的采集才能滿足研發(fā)過程的需要；2)活性化合物的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性使得工業(yè)合成極其困難，且并不經(jīng)濟(jì)。二次采集量的大小取決于有機體中化合物的含量(通常是l0-4-l0-6，甚至低至10-9)、試驗的類型和范圍、需要的劑量(標(biāo)準(zhǔn)是效率最高，毒性最小，化合物的可溶性、替代物的可獲得性和許可限制。1988年在加利福尼亞南部的二次采集中，從13t東太平洋苔蘚蟲(Bugula neritina)中僅分離到18g抗腫瘤活性化合物bryostatin1，這種化合物被用于臨床前研究和臨床試驗。例如東太平洋苔蘚蟲(一種普遍存在的污泥有機物)的二次采集集中于被證明具有高生物活性的三個地區(qū)，并且只有水深超過9m，與特定微生物Candidatus endobugusertula共生的族群才能產(chǎn)生