放线菌与抗生素课件

放线菌与农用抗生素夏海洋2021/2/61S.scabies2021/2/62放线菌的概念放线菌(Actinomycetes)是一类具有丝状分枝细胞和无性孢子的G+原核微生物,由于菌落呈放射状而得名。放线菌是一类介于细菌和真菌之间的单细胞生物.放线菌的细胞构造和细胞壁的化学组成与细菌相似,与细菌同属原核生物;放线菌菌体呈纤细的菌丝状,而且分枝,又以外生孢子的形式繁殖,这些特征又与霉菌相似.放线菌菌落中的菌丝常从一个中心向四周辐射状生长,因此叫放线菌.2021/2/63放线菌分布放线菌分布主要存在于含有机质丰富的中性或偏碱性的土壤中，在空气、淡水和海水等处也有一定的分布。主要存在于含有机质丰富的中性或偏碱性的土壤中，在空气、淡水和海水等处也有一定的分布。放线菌的生活类型：放线菌的生活类型：腐生（多数）腐生（多数）寄生（少数）寄生（少数）2021/2/64放线菌形态特征2021/2/65放线菌分类地位2021/2/66菌落形态与结构营养菌丝匍匐生长于培养基内，吸收营养营养菌丝发育到一定阶段，伸向空间形成气生菌丝气生菌丝发育到一定阶段，其上可分化出形成孢子的菌丝，即孢子丝2021/2/67放线菌菌丝的形态构造放线菌菌丝的形态构造根据形态和功能不同可分为：根据形态和功能不同可分为：基内菌丝（营养菌丝）基内菌丝（营养菌丝）气生菌丝气生菌丝 孢子丝。孢子丝。2021/2/68基内菌丝基内菌丝培养基内匍匐生长的菌丝，无隔，培养基内匍匐生长的菌丝，无隔，约约 0.2-0.8m。通常会产生水溶性或脂溶性色素通常会产生水溶性或脂溶性色素.功能：吸收营养，所以又称营养菌丝。功能：吸收营养，所以又称营养菌丝。2021/2/69气生菌丝气生菌丝由营养菌丝长出培养基外，伸向空间的菌丝。略粗于基丝由营养菌丝长出培养基外，伸向空间的菌丝。略粗于基丝0.5-1.2m，也有色素产生。，也有色素产生。功能：气生菌丝生长到一定阶段可分化出繁殖结构，即孢子丝。功能：气生菌丝生长到一定阶段可分化出繁殖结构，即孢子丝。2021/2/610孢子丝孢子丝概念：可以形成孢子的菌丝（具分类价值），概念：可以形成孢子的菌丝（具分类价值），功能功能:繁殖。繁殖。形态：直、波曲、螺旋形态：直、波曲、螺旋着生方式：丛生、轮生着生方式：丛生、轮生2021/2/611放线菌孢子丝类型：放线菌孢子丝类型：垂直垂直单轮单轮(无螺旋无螺旋)弯曲弯曲丛生丛生松环、初级螺旋松环、初级螺旋钩状钩状松螺旋松螺旋紧螺旋紧螺旋单轮单轮(有螺旋有螺旋)双轮双轮(无螺旋无螺旋)双轮双轮(有螺旋有螺旋)2021/2/612（二）形态与结构2021/2/613（二）形态与结构2021/2/614放线菌的主要属1 1、链霉菌属、链霉菌属(StreptomycesStreptomyces)产生许多著名的抗生素，如链霉素、红霉素、四环素等。产生许多著名的抗生素，如链霉素、红霉素、四环素等。2 2、诺卡氏菌属（、诺卡氏菌属（NocardiaNocardia ）烃类发酵，污水处理烃类发酵，污水处理 ，产生抗生素（如万古，产生抗生素（如万古 霉素、头孢菌等）霉素、头孢菌等）3 3、小单孢菌属（、小单孢菌属（MicromonosporaMicromonospora)可产生多种抗生素，如庆大霉素等。可产生多种抗生素，如庆大霉素等。4 4、放线菌属（、放线菌属（ActinomycesActinomyces)多为致病菌。多为致病菌。2021/2/615菌落形态菌落形态能产生大量分枝和气生菌丝的菌种（如链霉菌）不能产生大量菌丝体的菌种（如诺卡氏菌）菌落质地致密，与培养基结合紧密，小而不蔓延，不易挑起或挑起后不易破碎。粘着力差，粉质，针挑起易粉碎2021/2/616（三）生长与繁殖繁殖方式无性孢子菌丝断裂凝聚孢子横隔孢子孢囊孢子分生孢子厚壁孢子存在多种孢子形成方式常见于液体培养中，工业发酵生产抗生素时都以此法大量繁殖放线菌细菌的芽孢是休眠体，而放线菌的孢子是繁殖体2021/2/617孢子链和孢囊孢子2021/2/618放线菌的主要属放线菌的主要属1 1、链霉菌属、链霉菌属(StreptomycesStreptomyces)产生许多著名的抗生素，如链霉素、红霉素、四环素等。产生许多著名的抗生素，如链霉素、红霉素、四环素等。2 2、诺卡氏菌属（、诺卡氏菌属（NocardiaNocardia ）烃类发酵，污水处理烃类发酵，污水处理 ，产生抗生素（如万古霉素、头孢菌等），产生抗生素（如万古霉素、头孢菌等）3 3、小单孢菌属（、小单孢菌属（MicromonosporaMicromonospora)可产生多种抗生素，如庆大霉素等。可产生多种抗生素，如庆大霉素等。4 4、放线菌属（、放线菌属（ActinomycesActinomyces)多为致病菌。多为致病菌。2021/2/619放线菌生命周期孢子在适宜的条件下萌发，长出1-3个芽管气生菌丝营养菌丝繁殖菌丝（孢子丝）孢子丝释放孢子2021/2/620ACTINOMYCETES REPRODUCTION2021/2/621Secondary metabolites are produced at the end of the growth phase and during stationary phase.ACTINOMYCETES ANTIBIOTICS2021/2/622放线菌的应用能产生大量的、种类繁多的抗生素，到目前为止，已分离得到的放线菌产生的抗生素达8700种以上。生产维生素和酶进行甾体转化、烃类发酵和污水处理2021/2/623抗生素定义抗生素（antibiotics）是微生物、植物、动物在其生命活动过程中产生的（或并用化学、生物或生化方法所衍生的），在低微浓度下能选择性地抑制或杀灭他种生物机能的一类有机化合物。抗生素是生物生长到一定条件下所产生的次级代谢产物（Secondarymetabolite），是微生物对环境所做出的一种病态反应。2021/2/624微生物产生的生物活性物质2021/2/625FK506Bialaphos杀念珠菌素杀念珠菌素 红霉素红霉素阿霉素阿霉素阿弗菌素阿弗菌素两性霉素两性霉素力复霉素力复霉素柔红霉素柔红霉素莫能霉素莫能霉素杀假丝菌素杀假丝菌素螺旋霉素螺旋霉素丝裂霉素丝裂霉素泰乐菌素泰乐菌素井岗霉素井岗霉素 链霉素链霉素抗细菌抗细菌抗真菌抗真菌杀虫、除草杀虫、除草抗肿瘤等抗肿瘤等放线菌产生的次生代谢分子药物放线菌产生的次生代谢分子药物（约（约8700种）种）2021/2/626放线菌产生的多种多样的次生代谢产物HygromycinBKanamycinBErythromycinRifamycinSVCephamycinCstreptomycinSpinosynAAbamectinValidamycinA2021/2/627ACTINOMYCETES ANTIBIOTICSInability of a test organism to grow in the presence of Streptomyces suggests antibiotic production by the latter 2021/2/628HowAntibioticActivityisFoundReceive bacterial strains glass vialsFrom Indonesian Center forBiotechnology and BiodiversityGrowth on agar platesCultivation in different growth mediaLiquid fermentationCrude extractsEthyl Acetate,n-ButanolMethanolAssay for antibiotic activityLCMS2021/2/629How the Extracts are Tested for Antibiotic Properties A 20 microliter quantity of the extracts is placed on a sterile paper disksThe paper discs are placed on cultures of various bacteria and fungi and incubated overnightExamine for inhibition the next morning2021/2/630Characterization of Crude ExtractsHPLC coupled with UV spectroscopy and mass spectrometrySearch AntiBase databaseTetramycin ANystatinPolyene Macrolides2021/2/631Crude extract showing antibiotic activitySeparation by column chromatographyAssay for antibioticactivityPure compoundsBio-Activity Guided SeparationCharacterizationby TLC2021/2/632 Characterization of Pure CompoundsPure compoundsStructure determination usingAssay against pathogenic bacteriaTetramycin BAmphoteracin APolyene Macrolides1H-NMR13C-NMR2D-NMRInfrared spectroscopyUV spectroscopyMass spectrometry2021/2/633主要杀虫抗生素阿维菌素（avermectin）梅岭霉素（meilingmycin）密比尔霉素（Milbemycins）多杀菌素（spinosad）浏阳霉素（liuyangmycin）杀蚜素杀粉蝶素(Piericidin，韶关霉素)杀螨素（tetranactin）华光霉素（nikkomycin）2021/2/634阿维菌素阿维菌素(avermectins;AVMs)又称阿佛曼菌素,是一种具有抗寄生虫活性的抗生素产生菌是阿维链霉菌(Streptomyces avermitilis),最初是1975年日本北里研究所(Kitasato Institute)从日本静冈川奈市的一个土壤样品中分离得到的。阿维菌素作为生物农药的一种,自发现以来,已经受到越来越多的重视。阿维菌素不但具备一般生物农药的特点,并且它的化学结构新颖,作用机制独特,杀虫活性强,杀虫谱广,被誉为20年来抗寄生虫药物研究的重大突破。是目前生物农药中最受欢迎和较具市场竞争的产品之一2021/2/635阿维菌素产生菌2021/2/636阿维菌素结构大村智2021/2/637阿维菌素理化性质阿维菌素原药为白色或黄色结晶体(含B1a80%,B1b20%)蒸气压200nPa,熔点15015521时溶解度在水中7.8ug/L、丙酮中100、甲苯中350、异丙醇70，氯仿25（g/L）。常温下不易分解。在25，PH59的溶液中无分解现象。2021/2/638阿维菌素的作用机理较高浓度(510-6mol）时，avermectin作为-氨基丁酸(gamma amino butyric acid，GABA）的激动剂引发突触前GABA的释放，GABA进而引起膜对Cl-通道性的增加，从而导致由GABA介导的中枢神经系统及神经-肌肉间传导受阻。在较低浓度时(210-12），avermectin可以引起与GABA系统无关的Cl-通道的开放 avermectin的驱虫活性主要是由于药物引起由谷氨酸控制的Cl-通道的开放，从而导致膜对Cl-通道性增加，Cl-又可引起神经元休止电位的超极化，使正常的电动电位不能释放，神经传导受阻最终引起虫体麻痹死亡。哺乳动物外周神经传导介质为乙酰胆碱，以GABA作传导介质的神经仅存在于中枢神经系统，在正常使用剂量下，由于哺乳动物的血脑屏障作用，导致药物在中枢神经系统的分布浓度很低，不足以引起GABA的释放。2021/2/639TheBloodBrainBarrier2021/2/640阿维菌素簇化合物阿维菌素(Abamectin)伊维菌素(Ivermectin)甲氨基阿维菌素苯甲酸盐(Emamectinbemoate)乙酰氨基阿维菌素(Eprinomecfin)道拉菌素(Doramecfin)等2021/2/641Emamectin2021/2/642Doramectin2021/2/643乙酰氨基阿维菌素2021/2/644Selamectin2021/2/6456种已产业化阿维菌素类药物2021/2/646多杀菌素的发现历程2021/2/647多杀菌素的结构 Highly effective on many pest species Low application rates resulting in low environmental load Safe for use with most beneficial insects Unique mode of action with no known cross-resistance Low mammalian toxicity Low avian and fish toxicityPresidential Green Chemistry Challenge Award2021/2/648Spinosyn构效关系2021/2/649Physical and Chemical Properties2021/2/650多杀菌素生产2021/2/651多杀菌素特点2021/2/652多杀菌素的作用机理2021/2/653多杀菌素和氯氰菊酯对有益生物的毒性This Spinosad material works well in IPM programs because it is selective in what it kills and tends to spare beneficial organisms.2021/2/654多杀菌素对哺乳动物等的毒性对小鼠半致死剂量超过5000mg/kg，大于蔗糖和食盐 2021/2/655典型杀虫剂产品用于棉田害虫的脊椎动物选择性比率（VSR）2021/2/656环境归趋多杀菌素在环境中通过多种途径组合的方式进行降解，主要为光降解和微生物降解，最终变成碳、氢、氧、氮等自然组分。考虑到它的中等土壤传质系数Kd（4.3-322mL/g）、低于中等程度的水溶解度和在环境中的较短持久性，可见多杀菌素的沥滤性能非常低，因此只要使用适当他就不会对地下水构成威胁。根据美国环保局（EPA）的规定不需要设置任何缓冲区 2021/2/657多杀菌素的应用2021/2/658多杀菌素宣传广告2021/2/659多杀菌素主要剂型Suspension ConcentrateAn aqueous suspension is the primary formulation for delivering spinosad to the global marketplace.The concentration of spinosad ranges from 25 g ai/L to 480 g ai/L.Wettable-GranulesA 25%water dispersible granule is available in Japan.Fire Ant BaitA fire ant bait containing 0.015%spinosad is currently available for consumer use in the United States to control the Red Imported Fire Ant,Solenopsis invicta.Fruit Fly BaitA 0.02%spinosad bait concentrate is available to control a variety of fruit flies,including the Mediterranean fruit fly,Ceratitis capitata.2021/2/660spinetoram比多杀菌素杀虫谱更广，而且更加安全2021/2/661三种常见生物农药特点比较2021/2/662世界主要生物杀虫剂销量比较世界生物杀虫剂的需求量将以每年9.9%的速度强劲增长，将由2005年的6.7 亿美元增加到2010 年的10亿美元。2021/2/663其它杀虫抗生素杀螨素杀粉蝶素2021/2/664其它杀虫抗生素华光霉素2021/2/665农用抗菌素井冈霉素多抗霉素农抗120宁南霉素中生菌素申嗪霉素四霉素（tetramycin）农用链霉素2021/2/666多抗霉素2021/2/667多抗霉素对各种植物病原菌则具有强烈的杀菌作用。对蔬菜各种重要病害（叶霉病、灰霉病、菌核病、白粉病）和苹果的斑点落叶病，梨树的黑斑病等、烟草赤星病等则具有强烈的杀菌作用。具叶表面浸透移行，是非常强的，以防除效果比起其它药剂为好。阻止孢子发芽、菌丝生长，胞子形成和病斑扩大的效果是很强的。发生了对他剂抗性的病菌，防治效果很高。具有和其它药不同的作用，对具有抗其他药性的病原菌也不少效果。对人畜的毒性极低，安全性极高。农作物也不会引起药害。土壤中迅速分解，因此不会污染环境。可与其它用药剂并用（但如波尔多液等碱性药剂不可并用）。2021/2/668中生菌素中生菌素为N-糖甙类抗生素,其抗菌谱广,能够抗革兰氏阳性,阴性细菌,分枝杆菌,酵母菌及丝状真菌。特别对农作物致病菌如菜软腐病菌,黄瓜角斑病菌,水稻白叶枯病菌,小麦赤霉病菌等均具有明显的抗菌活性。2021/2/669宁南霉素该药是一种胞嘧啶核苷肽型广谱抗生素杀菌剂，具有预防、治疗作用。对烟草花叶病毒病有良好的防治效果，具有抗雨水冲刷，毒性低等特点。2021/2/670