不同盐环境中厌氧微生物资源多样性及菌株M2B1次级代谢产物研究
生命从无氧环境中进化而来，地球上现仍广泛分布着类型各异、数量繁多的厌氧环境。目前已报道的可培养专性厌氧菌占比不足厌氧微生物数量的1‰，来源于厌氧微生物的次级代谢产物结构新颖、活性多样，具有巨大的开发潜力，因此探究发现厌氧微生物的新分类单元，并对次级代谢产物进行研究，不仅丰富了厌氧微生物菌种资源及潜在的产药物前体化合物的微生物资源，更对于厌氧微生物资源的开发利用具有重要的意义。 对玛纳斯盐湖沉积物、乌苏肖湖沉积物、舟山潮间带滩涂及榨菜废水四种不同的盐环境类型采集厌氧样品，通过采取不同的培养条件，共分离纯化得到种水平以上的厌氧微生物潜在新物种22株（占比41.5%）。对其中的四株菌株进行多相分类学研究，分别建立了两个新属和四个新种，命名为Anaerophilusnitritogenes，Anaeromonasgelatinilytica,Anaeromonasfrigoriresistens和Wukongibacterflagellata。较高的潜在新物种发现率说明了样品的独特性和研究方法的适宜性，这对于厌氧微生物可培养研究具有重要的意义。在种、属水平上增加的新分类单元，丰富了我国的厌氧微生物资源。 选取10株厌氧微生物潜在新物种进行全基因组测序分析，拼接完成后获得基因组数据量共42M，共预测得到70个次级代谢产物生物合成基因簇（Biosynthesisgenecluster,BGCs），其大小占基因组数据量的4.4%，类型大多为cyclic-lactone-autoinducers（34.3%）和非核糖体肽合成（Nonribosomalpeptidesynthesis,NRPS）（22.9%）生物合成基因簇。菌株M2B1含有的BGCs最多（22个），大小占菌株基因组大小的16.4%，其生物合成潜力远高于现今报道的厌氧微生物，且BGCs新颖程度高，是进行次级代谢产物研究的好宿主，为后续进行厌氧微生物的次级代谢产物挖掘奠定基础。 采用基于高分辨质谱的全新算法和策略，对菌株M2B1进行次级代谢产物挖掘。通过对菌株M2B1及其相似菌株进行比较基因组学分析，选取菌株WukongibacterbaidiensisDY30321T作为参照菌株进行代谢组差异组分优选分析，对筛选得到的信号分子m/z638.4029[M+H]+进行收集和追踪，最终得到新型骨架化合物baidienmycin。Baidienmycin对于人肝癌细胞HepG2具有一定的抑制作用，IC50值为13.48μM，对于人宫颈癌细胞Hela具有很强的抑制活性，IC50值为6.4μM。对于粪肠球菌EnterococcusfaecalisATCC19433显示出抑菌活性，MIC值为16.2μM。通过对基因组的分析，位于染色体基因组上的NRPS基因簇（Cluster3）被认为负责baidienmycin的生物合成，并推测了可能的生物合成途径。 综上所述，本研究通过改变培养条件获得了更多的可培养厌氧微生物，加深了对厌氧环境下微生物群落组成的认识，并对4株潜在新物种进行多相分类学研究，明确其分类地位，丰富了厌氧微生物菌种资源。对10株潜在新物种进行全基因组测序，了解菌株的遗传背景及生物合成次级代谢产物潜能，并选取优良的天然产物宿主菌株M2B1进行次级代谢产物的结构鉴定、活性探究和生物合成基因簇分析，为后续厌氧微生物资源的开发和利用奠定基础。
厌氧微生物;资源多样性;次级代谢产物;盐环境
浙江大学
博士
微生物学
吴敏
2022
中文
Q938.1
2023-02-23（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）