芽孢杆菌PY-1的菌种鉴定及其抗真菌产物的分离纯化、性质研究和结构鉴定

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目前的抗生素类药物主要用于细菌感染的治疗,临床抗真菌感染仍然缺少特效药。由于真菌属于真核生物,与动植物具有相似的细胞结构和酶催化体系,因此很多作用于细菌的抗生素不能作用于真菌,同时,能作用于真菌的药物又往往对动植物的正常细胞具有较大的毒性。真菌感染多发生在病人免疫系统受到破坏,抵抗力下降的情况下,如艾滋病病人、晚期癌症病人(特别接受放疗或化疗后)、器官移植病人(使用免疫抑制剂)等,一旦发生感染常常是致命的。因此研究开发高效、无毒或低毒的新型抗真菌药物是一项长期、迫切的任务。 作为生物机体天然防御分子的抗菌肽,因为其不同于现有抗生素的特殊作用机制,在对病原微生物强烈的抑制的同时又不易产生耐药菌群,近来受到人们的极大的关注。在这些抗菌肽中,有许多具有抗真菌作用。芽孢杆菌PY-l是西南农业大学生物技术中心从棉花维管束里分离得到的一株对多种动植真菌病病原体都具有强烈抑制作用的拮抗菌,从其发酵产物中分离得到了一类有效抗真菌的多肽物质并命名为APS。本项研究在鉴定了PY-1菌的具体种属类别后,以APS为主要对象,摸索其大量纯化制备的方法,研究其主要的理化和生物学性质,并以此为基础鉴定APS的分子结构。 在鉴定PY-l菌的工作中,使用了BD菌种鉴定仪对其进行生理生化鉴定;同时应用16S rDNA分子鉴定的方法加以证实:使用芽孢杆菌16SrDNA通用引物扩增出PY-1菌的16S rDNA片段,通过琼脂糖凝胶电泳判断大小并加以回收;将16S rDNA片段连接入测序质粒载体,转化大肠杆菌后,通过蓝白斑筛选,挑取阳性克隆进行测序;将测得的序列提交到16S rRNA序列分析网站进行比对,鉴定PY-1菌的分类,并查找同源性最高的菌株,建立它们之间的系统进化树。最终两种鉴定结果一致判定PY-1菌是一株枯草芽孢杆菌。 对APS的纯化,采用了分两步进行的方案:(1)使用酸沉淀、甲醇抽提、分子筛层析的方法制得APS的初提品(后来由温江发酵工业研究所对该法进行进一步优化);(2)使用反相高效液相色谱,对APS实施精细纯化,得到了五个活性组分(命名APS1-5)。本研究中使用了SephasilPeptide C8、SOLJRCE 15RPC和SOURCE 5RPC三种的反相层析柱对APS的纯化条件进行摸索,并用Cosmosil C18分析柱分析分离产物的纯度;在比较分析了三种层析柱应用于APS分离的优缺点后,最终确定使用SOURCE 5RPC反相层析柱纯化制备大量APS。 纯化后的APS对双缩脲反应呈阳性以及酸解后对茚三酮的显色反应,确认了其本身氨基酸、肽键结构的存在;但天然状态APS对茚三酮的阴性反应,提示着APS有不同于普通多肽的特殊结构。稳定性测试表明APS具有很高的稳定性,它对酸、碱、高温和变性剂都有很强的耐受性。使用紫外光谱和荧光光谱对APS进行了分析:APS在275nm处有特征紫外吸收峰;用277nm激发光可以使APS产生最强荧光;APS在28lnm激发光下发射荧光在307nm处出现最大值,而在295nm的激发光下基本不产生荧光;这些结果表明APS有酪氨酸残基,而无色氨酸残基,并且酪氨酸残基位于分子表面直接暴露在水相中。APS具有广谱的高效抗真菌作用,对多种动植物真菌病原体以及酵母都有优于氟康唑的抑制作用,而且APS1-5具有活性增强的趋势。 以氨基酸组成分析为参考,主要应用质谱和核磁共振技术对APS的化学结构进行了解析:使用电喷雾时间飞行质谱测定了APS的分子量,从APS卜5分别为1042,1056,1056,1072,1072,猜测五种APS为同系物。选取APSl和APS4进行氨基酸组成分析,结果表明它们的氨基酸组成一样,即含Asx、Glx、Pro、SeI’和Tyr,比例为3:1:1:1:1,推测五种APS都是相同的氨基酸组成。用高分辨率质谱结果计算出APSl的合理分子式。结合氨基酸组成,使用快原子碰撞诱导碎裂串联质谱(FAB-MS/MS CID)识别APS中的氨基酸残基,从谱图中分析出两套离子碎片,以此判定APS为一类环肽,并推导出APS的氨基酸序列;由′H-′HCOSY、′H-′H TOCSY、′H-′H NOESY三种核磁共振谱再次识别APS的氨基酸残基并推导序列,并与质谱结果相互映证,最终确认APS的氨基酸序列为cyclo-Tyr-Asil-Gln-Pro-Asn-Ser-β AA-Asll。五种APS氨基酸序歹0术目同,其差别在于β氨基酸(βAA)的碳链长度和构型,β氨基酸的结构由一维碳谱、DEPT谱和HSQC谱共同识别。
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