埃博霉素生产菌株选育及埃博霉素抑瘤活性研究

论文摘要

粘细菌是一种革兰氏阴性细菌,它具有复杂的多细胞行为,纤维堆囊菌是粘细菌中能够降解纤维素的类群之一。纤维堆囊菌能够产生多种抗真菌、抗细菌和抗肿瘤作用的生物活性物质,其中,通过稳定微管来抑制肿瘤细胞生长的大环内酯类抗生素埃博霉素尤为引人注目。到目前为止,埃博霉素类药物已成功上市,在抗击肿瘤细胞中起到十分重要的作用。然而,埃博霉素的生产主要依赖于化学合成法,相比之下,微生物生产法却并未广泛应用,主要限制是由于其产生菌纤维堆囊菌发酵产量水平较低,选育高产纤维堆囊菌来提高埃博霉素产量具有工业指导意义。本文对纤维堆囊菌So 0157-2进行了高效的菌株选育,筛选到了埃博霉素A、B产量均有大幅度提高的突变株LG3111776,其高产菌株埃博霉素A、B产量分别为出发菌株的5倍和3倍左右。接下来,我们又对埃博霉素抗肿瘤机理进行了深入的分析,阐述了埃博霉素A、B混合制剂之间的协同作用以及埃博霉素对凋亡、自噬的作用现象进行了说明。在菌株选育中,文中以纤维堆囊菌So 0157-2作为出发菌株,引进pH极端环境胁迫选育法对出发菌株进行驯化,富集优势菌株,并对四株耐受菌株通过高效液相色谱法检测其发酵液中埃博霉素A、B,以埃博霉素标准曲线进行拟合分析其产量变化,筛选产量提高的优势菌株LG31。LG31再次作为出发菌株,利用传统的紫外诱变和硫酸二乙酯诱变,结合96孔板高通量筛选法初筛、高效液相色谱法验证,进一步筛选出了突变株LG31-11-7。随后,菌株LG31-11-7采用紫外诱变与推理选育相结合的方法,分别以耐受高浓度前体乙酸钠和耐受高浓度终产物两个角度进行了高效的选育工作,并配合生物指示法和TLC薄层层析法快速筛选正突变株,得到了最终的高产菌株LG3111776。对高产菌株LG3111776进行了发酵条件优化,使埃博霉素产量稳定提高,最终稳定在43.1 mg/L和22.9 mg/L左右,较初始菌株产量提高了5倍多和3倍多。不但为原生质体融合提供了菌株多样性的亲本,并且为工业生产提高了良好的菌株资源。当埃博霉素作用于多株肿瘤细胞系时,埃博霉素表现出了良好的抗肿瘤活性。其中,PC3、HELA、KB、K562、MCF-7、U87对埃博霉素最为敏感,并且埃博霉素A、B混合制剂作用后,发现了独特的协同效应。通过细胞周期、细胞凋亡以及Xcelligence监控细胞生长三种方法进一步验证了这种协同效应。我们推断这种协同效应出现的可能原因是埃博霉素A、B之间的竞争作用以及埃博霉素与肿瘤细胞表面蛋白之间离子电荷吸引作用力达到不同程度的饱和而引起的。另外,当埃博霉素A、B作用于U87/LC3肿瘤细胞时,荧光显微镜的观察显示埃博霉素能够引起LC3蛋白（微管相关蛋白）点聚状典型性变化,说明埃博霉素可以诱导U87细胞发生自噬现象,而自噬现象是细胞程序性死亡的途径之一。通过对U87细胞LC3蛋白进行GFP荧光转染标记,我们可以清晰的观察到由于自噬现象而引起细胞质中的点状结构。DAPI染色细胞核的变化过程则从另一方面说明了埃博霉素在诱导U87细胞凋亡和自噬的之间具有一定依赖作用,这将有助于对埃博霉素药物抑制肿瘤细胞活性机理的分析。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 埃博霉素产生菌及其特性
• 1.1.1 粘细菌概述
• 1.1.2 粘细菌分类
• 1.1.3 纤维堆囊菌生长及代谢特性
• 1.2 重要次级代谢产物——埃博霉素的理化性质及生物活性
• 1.2.1 埃博霉素的发现
• 1.2.2 埃博霉素的理化性质及结构
• 1.2.3 埃博霉素的生物学活性
• 1.3 埃博霉素的研究进展以及应用前景
• 1.3.1 埃博霉素的研究进展
• 1.3.2 埃博霉素的应用前景
• 1.4 菌株选育
• 1.4.1 推理选育
• 1.4.2 理化诱变
• 1.4.3 极端环境选育
• 1.5 本课题的立题依据、目的和研究意义
• 1.6 本课题的研究内容
• 第2章 纤维堆囊菌So 0157-2 极端环境选育
• 2.1 实验材料
• 2.1.1 实验仪器
• 2.1.2 实验试剂
• 2.1.3 实验培养基
• 2.2 试验方法
• 2.2.1 So 0157-2 形态学观察
• 2.2.2 So 0157-2 生长曲线绘制
• 2.2.3 野生型纤维堆囊菌pH 适应性试验
• 2.2.4 So 0157-2 多轮次酸碱极端环境冲击选育
• 2.2.5 HPLC 绘制埃博霉素标准曲线
• 2.2.6 埃博霉素发酵产量比较
• 2.3 实验结果
• 2.3.1 So 0157-2 形态学观察
• 2.3.2 So 0157-2 液体培养生长曲线确定
• 2.3.3 So 0157-2 极端环境选育
• 2.3.4 埃博霉素标准曲线绘制
• 2.3.5 耐受菌株埃博霉素产量测定
• 2.4 本章小结
• 第3章 高产菌株的理化诱变选育
• 3.1 实验材料
• 3.1.1 实验仪器
• 3.1.2 实验试剂
• 3.1.3 培养基及菌株
• 3.2 试验方法
• 3.2.1 紫外诱变条件优化
• 3.2.2 化学诱变条件优化
• 3.2.3 紫外诱变与化学诱变复合诱变
• 3.2.4 突变株生长性状比较
• 3.3 实验结果
• 3.3.1 诱变条件优化
• 3.3.2 紫外诱变与化学诱变复合诱变
• 3.3.3 菌株生长异性化
• 3.4 本章小结
• 第4章 高产埃博霉素菌株的推理选育
• 4.1 实验材料
• 4.1.1 实验仪器
• 4.1.2 实验试剂
• 4.1.3 实验培养基
• 4.2 试验方法
• 4.2.1 耐受高浓度前体乙酸钠突变株的推理选育
• 4.2.2 耐受高浓度终产物突变株的推理选育
• 4.2.3 LG-31-11-7 菌株紫外诱变及推理选育
• 4.2.4 高产突变株遗传稳定性验证
• 4.2.5 高产菌株发酵条件的优化
• 4.3 实验结果
• 4.3.1 耐受高浓度前体乙酸钠突变株的推理选育
• 4.3.2 耐受高浓度终产物突变株的推理选育
• 4.3.3 高产菌株遗传稳定性试验
• 4.3.4 高产菌株发酵条件的优化
• 4.4 本章小结
• 第5章 埃博霉素A、B 抑瘤活性研究
• 5.1 实验材料
• 5.1.1 仪器
• 5.1.2 实验试剂
• 5.1.3 肿瘤细胞系
• 5.2 实验方法
• 5.2.1 埃博霉素A、B 抑瘤谱确定
• 5.2.2 埃博霉素A、B 协同效应的确定
• 5.2.3 细胞周期检测
• 5.2.4 Annexin-V—PI 双染法测细胞凋亡
• 5.2.5 xCElligence 细胞监控装置检测细胞生长
• 5.2.6 荧光显微镜观察U87/LC3 细胞自噬
• 5.2.7 荧光显微镜观察 DAPI 染色U87/LC3 细胞
• 5.2.8 共聚焦显微镜观察DAPI 染色U87/LC3 细胞
• 5.3 实验结果
• 5.3.1 MTT 法确定埃博霉素A、B 抑瘤谱
• 5.3.2 埃博霉素A、B 对敏感瘤株协同效应比较
• 5.3.3 KB、MCF-7、PC3 测细胞周期
• 5.3.4 Annexin-V—PI 双染法测MCF-7 凋亡
• 5.3.5 Xcelligence 细胞监控装置检测MCF-7 细胞生长
• 5.3.6 荧光显微镜观察U87/LC3 细胞自噬
• 5.3.7 荧光显微镜观察 DAPI 染色U87/LC3 细胞
• 5.3.8 共聚焦显微镜观察DAPI 染色U87/LC3 细胞
• 5.4 本章小结
• 第6章 全文总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 本文创新点
• 6.3 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间主要科研成果
• 一. 发表学术论文
• 二. 其它科研成果