脂肽抗生素的研究概况

6脂肽抗生素研究概况又称脂肽(Lipopeptide)，主要来源于细菌、酵母和真菌分泌的一些代谢产物，其种类多样，结构复杂，具有脂肪链和肽链组成的双亲结构的微生物第二代谢产物(Kosaric，1987)。脂肽一般来自植物、动物、微生物，但大多数脂肽来自微生物，其中有很多来自细菌的脂肽。在细菌中，脂质肽一般是革兰阳性芽孢杆菌产生的代谢产物。Arima等于1968年在枯草杆菌菌株中首次发现了lippeptide表面活性剂，因此获得了晶相，商品名称为surface Arima(Arima，1968)。目前发现的抗菌脂质肽主要有表面活性激素、芬恩霉素、伊亚替利辛、巴西霉素、抗真菌药脂肽分子由亲水肽结合和亲油的脂肪族烃链两部分组成，脂肽分子中多种氨基酸组成的肽链形成亲水基础，脂肪族烃链形成亲水基础。脂质肽由于特殊的化学成分和双亲性分子结构，除抗菌活性外，还具有生物表面活性剂特性(Stein，2005)。脂肽在环境治理、医学、微生物生产领域的重要应用前景(Jitemdra，1997)；Banat，2003)。6.1脂肽抗生素的类型和结构特征芽孢杆菌产生的抗菌脂质肽的分子结构由脂肪酸链和肽链组成，分子中多种氨基酸组成的肽链构成亲水、-羟基或氨基脂肪酸的碳氢链，形成亲油体系，即具有双亲性的生物表面活性剂。亲水氨基酸通过肽键连接在一起，与脂肪族碳氢链的羧基和-羟基或氨基结合形成环，因此抗菌脂肽通常是由内脂肪或酰胺结合而成的环脂肪肽(乳香羊，2005；Lvying年，2005年；王，2004)。芽孢杆菌脂肽抗生素主要有三种：表面活性剂、异亮氨酸、戊烯、风湿素。6.1.1表面活性剂(Surfactin)Surfactin系列脂肪酸的长度为13-16个碳链长度，含LLDLLDL的手性7肽通过内酯结合与脂肪酸链碳原子的-羟基连接，在水溶液中进行亚分解，在枯草芽孢杆菌中生成的表面活性剂(Surfactin)，芽孢杆菌短Bacillus的表面活性剂、Esperin，其中Liehenyishin、pumbilascdin和Esperin主要是工业和环境管理(Meiji et al，)；Yakimo et al，1995年；Naruse et al，1990。磺胺类药物是由-羟基脂肪酸和7个氨基酸残基的小肽组成的肽抗菌物质，在肽链的第7个氨基酸中，羧基和脂肪酸的-羟基缩合形成了环结构(图1-1)。Surfactin主要有两种类型：即7位数的氨基酸是Leu和Val。肽链的典型氨基酸组成顺序为(l-)Glu-(l-)leu-(d-)leu-(l-)val-(l-)ASP-(d-)leu杨世忠等，2004)。但是，它们的2位(Leu/Ile/Val)、4位(Val/Leu/Ile/Ala)、7位(Leu/Val/Ile)氨基酸的差异和脂肪酸链长度(C13)1991年，Baumgart以二维H-NMR证明，从芽孢杆菌ATCC21332和芽孢杆菌OKB105培养液中提取的Surfactin具有3种结构类似物(baumgart al，1991)1992年，奥卡等人利用优化的高效液相色谱(HPLC)分离了枯草芽孢杆菌中最初产生的6种表面活性酸，发现了脂肪酸取代物不同的2种新表面活性酸。1995年，俄罗斯科学家从发酵液中获得5个磺胺类药物的结构类似物，并通过质谱、化学修饰和二维核磁共振技术，找出其结构。后来的研究更准确地测量了10多个Surfactin同系物(Kowall et al，1998)，如表1-1 (Vater et al，2002)所示。磺胺类药物显示抗病毒、抗肿瘤和支原体，有一定的抗菌活性，本身没有抗真菌活性，但提高了其他脂质肽，特别是伊氏肽的抗真菌活性(Kim et al，2004)。图1-1 Surfactin的结构图Fig.1-1 Structure of surfactin表L-1 surfactin同系物的种类table 1-1 sorts of surfactin iso forms6.1.2针制冷(Fengycin)钢笔gycins分类组中，彭冷(Fengycins)和磷脂(plipastatinAl，A2，B1，B2)脂肪酸链碳链长度一般为14至18个，氨基酸为8个，线性部分为2个氨基酸和脂肪酸链肽链中氨基酸组成的顺序为(l-)Glu-(d-)orn-(l-)Tyr-(d-)thro-(l-)Glu-(d-)alaOngena，2005；Sehneider，1999)，图1-2。pen gy CIN抑制丝状真菌的生长，对酵母和细菌不起作用(Vanittanakom et al，1986年)。和Surfactin一样，有很多同系物，在发酵液中经常共存。它们分为笔gy Cina和笔gy cinb两种类型，当肽链的6位为Ala时，属于笔gy in a。当肽链的6位数为Val时，FengyeinB(王J，2004；Steller S，1999；Deleu，2005)。2008年，Das还发现，苏云金杆菌cMB26(B.thuringiensis CMB26)所产生的结构，与Fengycin的脂质肽抗生素(Kim et al，2004)类似。典型的笔gy CIN同系物(stinson，2003)，如表1-2所示；高学问，2003)。图1-2 Fengycin A的结构图Fig.1-2 Structure of Fengycin A表l-2笔gy CIN同系物类型table 1-2 sorts of fengy ciniso forms6.1.3伊亚蒂利辛Iturin家族包括伊亚替利辛A，b，巴西霉素D，f，l，抗真菌药亚替利辛和巴西替利肽Franeoise et al，1984年；Aicha et al，1982年；Yoshio et al，1995)，脂肪酸链碳链长度一般为14-17个，具有LDDLLDL手性的7个强极性氨基酸短肽的n端氨基形成肽结合脂肪酸链羧基(图1-3)。最具代表性的Iturin A由C14C17的-氨基脂肪酸和包含7个氨基酸残基的环结构组成，第7位Ser的羧基和-氨基脂肪酸的氨基缩合为环结构(Hiradate et al，2002；beson et al .1978)。伊氏体素有很强的抗真菌作用(Besson et al，1978)，也有部分抑制细菌的效果。Iturin的种类和分子量见表l-3。Iturin强烈抑制植物病原真菌和一些细菌，甚至杀虫作用。图1-3 Iturin的结构图Fig.1-3 Structure of Iturin表l-3 Iturin同系物的种类Table1-3 Sorts of Iturin isoforms6.2脂肽抗生素的合成机理Lipmann在20世纪70年代首次对肽生物合成进行非核糖体机制分析后，通过克隆、分析、全基因组测序，获得了大量脂质肽抗生素合成和调控的遗传信息(Chen et al，2009)。总之，脂肽类抗生素的合成受包含一个或多个转录单元的合成基因、调节基因组成的大基因簇控制，它们的表达一起调节，具有相似主链结构的脂肽类抗生素产物由相似的合成基因合成。酶活性或一个大功能蛋白的不同域或多酶复合物中存在的脂肽抗生素的合成相关基因见表1-4。与核糖体合成的蛋白质不同，核糖体合成的脂质肽抗生素的生物合成不需要mRNA作为模板，也不需要携带工具tRNA，而是通过由多肽合成酶组成的巨大复合物nrs(non-ribbosomel peptide synthetase)，成为“多载体硫模板机制”Saseha et al，2001)。NRPS是目前已知分子量最大的酶，作为不依赖核酸模板的非核糖体机制，根据一个模板的指导识别特定氨基酸，直接连接多肽链。每个肽合酶都有一个或多个模块(module)，每个模块由大约1000个氨基酸残基组成，负责将特定氨基酸混合在肽链中。肽合成酶的模块排列顺序决定了产物中氨基酸的排列顺序，因此肽合成酶是肽链合成的催化剂，也是肽链合成的模板。每个模板主要负责识别可选基质，用相应的腺苷酸化合物激活，共价原子固定中间物，形成肽键等反应周期。每个模板都可以从结构上划分为三个域：腺苷酸化域a、基于稀疏的域t、冷凝域c。腺苷酸化结构a域有识别特定气质，通过ATP激活气质的作用。稀疏域t也称为肽酰基载体蛋白(PCP)，负责反应中间体TiO酯的固定。缩合域c将第一个模块中的氨基酸与其载体分离，形成第二个模块中的氨基酸和肽键，从而使新合成的肽链向前移动一个模块，继续延伸，直到形成脂肽化合物。芽孢杆菌以不同模块为模板，作为域有机结合，形成各种非核糖体肽。表1-4脂肽抗生素合成相关基因table l-5 lip peptides synthe sase-related genes6.3脂肽抗生素的应用抗菌肽的应用研究主要集中在农业生物防治、食品产业、畜牧业生产产业、制药产业、环境保护领域。农业生物防治主要是指脂质肽应用于植物病原菌的生物防治(高芬等，2003；Vollenbroich，1997)。这是因为它具有广谱的抗真菌作用和一定的抗菌作用，其抗菌机制不同于其他普通抗生素，在微生物的细胞膜上打孔，从而物流细胞内容死亡，或通过提供小-1，2价阳离子，抑制多种酶活性，并不易产生耐药性(Steller，1999；Deleu，2005)。此外，肽物质属于自然界容易分解、环保的制剂，因此在医学、植物病原控制等方面具有广泛的应用前景。一些学者将抗菌脂质肽研究应用于植物病原真菌的抑制。黄县厅研究了枯草杆菌fmbJ生产的脂质肽对青霉AS3.4356的抑制活性，测定了抗菌谱，并进行了桃防腐试验。桃的防腐处理试验结果，防腐效率达76.5%，桃的防腐处理前景良好。油等用于防治番茄丝核细菌(Yu et al，2002)，由巴里尔us amyloliquefacens产生。在食品行业的应用主要是将脂肽用作食品防腐剂，并应用了很多。食品安全和动物食品安全取决于生产过程的各个方面，解决问题的关键之一是无污染、无残留、无毒副作用的食品添加剂的使用。抗菌性脂质肽是一种小分子短肽，参与生命过程，具有安全、无毒的副作用的生物学特性(Zasloff，2002)。脂肽也可以用于环境保护。作为表面活性剂，脂肽带有负电荷，能结合带正电荷的金属正离子，因此可以有选择地从土壤中去除PETA-b、Zn、Cu等金属离子，其中Cu最容易去除。一些文献报道，地衣芽孢杆菌产生的脂肽地衣是一种阳离子敖混合物(Catherine et al，2001)，比表面活性物质更稳定。脂肽抗生素也可以用于制药行业。在医药产业中，多肽的研究主要集中在动物疾病控制和人类抗真菌药、抗病毒药、抗癌药、抗虫药的开发上(Hino et al，2001；Rowley et al，2004年；Boulanger et al，2004年；王一振等，2004)。肽表面活性剂也可用于微生物生产方向。地衣NK-X3在pH值为412，钙离子的质量浓度为4000 mg/L的情况下，在120高温下保持活性，生产有助于原油生产和运输的lippeptide生物表面活性剂。梅根峰，2001)。芽孢杆菌zw-3从大庆油田到枯草芽孢杆菌菌株，往往分离，新陈代谢引起的脂肽表面活性剂乳化性好，减少油水表面张力，提高回收率9.2%，有利于微生物生产的应用前景(王大伟等，2000