芽孢杆菌抗菌物质探索方法研究

赵鑫
随着病原菌对抗生素耐药性的严重增加，许多常规抗生素面临药效降低或者失效的问题，以至于对全民的卫生保健甚至生命安全造成威胁。此外，还会导致食品安全和农作物病害问题。目前，病原菌的生物控制方法发展迅速，其中由细菌产生的一些抗菌物质已成功地用于食品，医药和农业领域。芽孢杆菌是一种革兰氏阳性杆菌，具有分泌抑制病原菌的各种次级代谢物的潜力，下面对其抗菌物质的探索方法进行综述。
传统的微生物学分离和筛选技术
大多数已知的抗菌物质都是使用传统的微生物学分离和筛选技术发现的。其中包括一些高分子量蛋白类的抗菌物质，而且还有低分子量的抗菌肽，在植物病害生物防治中具有巨大的应用潜力。
该方式鉴定的化合物的优点是检测菌为野生型，在标准实验室条件下建立了分离方法并有一定的活性，不同于需诱导才能表达的“沉默”物质。鉴定，纯化和表征抗菌物质的性质是必要的。通常采用质谱等技术对产生的物质分子质量进行检测。该技术的另一优点是微生物培养方便快捷，抑菌具有可见性。该技术的主要缺点是要求广泛的筛选来源，并且仅适用于在实验室条件下可以表达的产物。由于许多物质具有相对窄的抑菌谱，筛选期间抗菌活性检测具有十分重要的作用，指示菌的挑选十分关键。
基因组探测技术
随着基因组学和测序技术的发展，使得利用基因组信息对抗菌物质基因进行快速鉴定和预测成为可能，同时增大了发现新物质的机会。该技术不仅可以对抗菌物质本身进行预测和鉴定，还可以鉴定抗菌物质生物合成的基因簇。目前研究者已经创建了各种强大的基因组探测工具和广泛的数据库，如自动基因组探测，预测和鉴定工具，即BAGEL3 （http：//bagel.molgenrug.nl）和antiSMASH （http：//antismash.secondarymetabolites.org）。
該技术的优点之一是可以揭示大量各种已知的或未知的，活性的或沉默的基因编码的抗菌化合物的基因簇。这一技术的另一优点后续分析发现许多潜在但以前没有报道生产抗菌物质的菌株，并为潜在生产者进行测序提供参考。这种技术存在的挑战在于一些预测得到的新基因簇，经过多次人工筛选鉴定后，有可能编码新抗菌物质，结合传统分离技术进一步实验验证。
基因工程技术
目前基因工程技术广泛应用于抗菌肽的开发中主要表现在核糖体合成途径的基因编码的细菌素上。因为细菌素由基因直接编码，通常比经典抗生素更适合于工程改造。以羊毛硫抗生素为例，许多科学家通过定点诱变和随机诱变等形式利用基因工程对其改造。通过对融合在羊毛硫抗生素中发现的不同修饰进行合理设计，得到一些具有新结构物质，为获得大量不同结构和活性的抗菌物质开辟了新的途径。
面临严峻的抗生素耐药性危机，科学家已经将注意力集中在通过生物工程构建新的抗菌化合物，目的是获得具有目的性的的抗菌作用机制的物质。该技术的优点是具有相对高的产物产率和容易操作的下游加工步骤。该方法还可以使得能够设计具有改善活性的新肽。合理利用结构与功能关系来设计基因工程抗菌物质大大的增加了生产新的抗菌物质的可能性，其中具有影响抗菌活性的化合物的结构特征包括净电荷，分子大小和结构测定。因此可以从以上特征入手进行改造。此外，结合基因组探测技术可以将检测到的沉默的细菌素基因簇通过基因工程策略实现表达和生产。
结论与展望
本文阐述了用于发现芽孢杆菌的新型抗菌物质的不同技术的优缺点，各种技术方法可以综合利用为后续食品安全和生物防治领域抗菌物质的发掘提供了理论依据和新的思路。