海洋微生物多样性资源的开发利用

海洋微生物多样性资源的开发利用
海洋微生物不仅能够为人类提供种类繁多、分手结构新颖、化学组成复杂和生理活性特异的海洋天然产
品，是海洋药物、保健食品和生物材料的巨大宝库，而且在海洋生态环境保护、地球物质循环和能量转换等方
面具有非常显著的作用，因而开发利用海洋微生物资源具有非常大的意义，也是海洋生物技术开发的重要
内容。
1 研究开发具有重大经济价值的海洋生物活性物质
海洋微生物不仅普遍具有耐盐和液化琼脂的能力，而且具有特异的遗传和代谢特性，往往能产生不同于
陆地来源的分子结构新颖独特的新型化合物，是研究开发海洋生物活性物质的重要资源，并且可以持续利用
而不会导致海洋物种和海洋生态环境失衡。海洋微生物本身所具有的生长周期短、代谢易于调控、菌种易选
育和可通过大规模发酵实现工业化等特点更加速了海洋生物活性物质研究开发的产业化步伐。
目前，海洋微生物天然活性物质的开发应用已取得了很多成果。且主要体现在海洋药物的开发应用方
面，例如已经从海洋细菌、放线菌、真菌等微生物体内分离到多种具有较强生物活性的物质，包括毒素、抗生
素、不饱和脂肪酸、类胡萝卜素等，并着手于这些物质的工业化生产 q¨。但是，海洋微生物天然活性物质
结构复杂多样，有效成分含量低和生产提取成本高等问题在一定程度上制约了海洋微生物天然活性物质生
产的工业化进程和临床应用。可喜的是在各国政府对海洋微生物天然活性物质的开发进行投资的同时，许
多医药保健企业(包括中国的企业)也投入大量资金进行研究开发，使海洋生物活性物质的开发进入了 一个
快速发展的阶段。今后对海洋微生物活性物质研究的重点将是：通过加深对海洋微生物尤其是非可培养细
菌的生态分布规律及其多样性的了解，寻找新型化合物；确定活性物质的初级和次级代谢的遗传、营养和环
境因素，作为开发新的和高级产品的基础；鉴定具有生物活性的化合物，并确定它们的作用机理和天然功能，
为一系列新的和有选择的活性物质在医药和化工上的应用提供模型。
2 海洋生物材料的开发研制
海洋生物材料是指由海洋生物产生的具有支持细胞结构和机体形态的一类功能性生物大分子，由于其
分子结构独特，用途广泛，许多国家在这方面开展了相当深入的研究，并广泛应用于工、农、医和环保等领域。
国外早在2O世纪80年代中期就开始探索从海洋微生物中开发研制具有优良性状的生物材料，中国在这方
面的工作起步较晚，与国外还有很大差距。 ，
生物塑料是目前的热门话题之一，20世纪80年代初，英国ICII公司通过大批量培养，发现一些海洋细
菌能够合成的一种塑料多聚物——PHBV，具有防水、无毒、易降解及生物相容性等优点，在环保、医药等方
面具有广泛的应用前景，也从根本上解决了塑料污染的问题。此外，在研究中发现，嗜盐细菌产生的细菌视
紫红质能把光信号转为电信号，可用于制作新型计算机的生物芯片及生物传感器等；海洋磁细菌能产生超高
密度的磁性记录材料，Et本的TDK公司已经把这一研究发现转化为生产力。
3 海洋微生物极端酶的研制开发
极端酶(extremozyme)是指那些在非常规条件下仍然发挥作用的酶，它主要来源于极端生物，是极端生
物在极其恶劣环境中生存和繁衍的基础。根据其生理特性的不同，极端酶大致可分为嗜热酶、嗜冷酶、嗜酸
酶、嗜碱酶、嗜压酶、嗜盐酶、耐有机溶酶、耐抗代谢物酶及耐重金属酶等。作为长期自然进化的结果，极端酶
在那些普通生物无法生存的环境中仍然可以保持活力和稳定，因而具有十分诱人的应用前景。此外，研究极
端酶还可以为生物起源和进化、微生物的分类和酶催化机制等基础研究提供新的依据。
海洋微生物作为极端酶的来源具有突出的特点和优势：具有显著的耐压、耐碱、耐盐和耐冷等特性；物种多样性丰富；代谢易于调控；在极端条件下具有相对较高的活性。目前，国内外已经从海洋极端环境微生物
中分离得到了大量的新的极端酶。它们分别具有独特的结构以适应不同的极端环境，使其在极端环境中保
持有效的稳定性。但是，极端环境微生物培养条件的严格性和有限的产酶量，限制了海洋极端酶成为 业用
酶，也使海洋微生物极端酶的研究受到了极大的影响。最近，Delong等 。 利用多形基因克隆技术，从海洋嗜
冷菌的DNA中克隆并表达了DNA聚合酶，为广泛开采海洋微生物极端酶提供了有力的工具。Leuschner
等 应用基因克隆技术，使一些海洋极端微生物酶在大肠杆菌中大量表达，进而可以在温和的条件下利用
普通微生物来生产极端酶，为建立大量制备极端酶的方法和生产路线和使极端酶得以广泛应用于工业生产
奠定了基础。美国RBI公司于1994年突破了常规的极端酶筛选方法，直接从极端环境中收集DNA样品，
随机切割成限制性片段，再插入寄主细胞进行表达，并筛选极端酶，不仅获得175种新的极端酶，还大大提高
了极端酶的筛选效率，节省了大量的时间和金钱。
3．4 海洋污染环境的生物修复
生物修复是治理海洋环境污染、海洋生态系统功能紊乱的一副防治结合良药，其实质就是利用海洋微生
物的新陈代谢能力及基因的多样性，把污染物转化为无污染的终产物，重新进入生物地球化学循环的过
程 。海洋微生物具有分布广泛，数量众多，代谢类型多样和适应突变能力强等特点，是海洋污染环境生物
修复的主体，任何存在污染物的地方都会出现相应的降解微生物，并存在着或强或弱的生物降解作用。海洋
微生物可降解的污染物种类大致可分为多环芳烃(PAHs)、有机染料和颜料、表面活性剂、农药、酚类和卤代
烃等 。目前，应用微生物降解原理治理海洋污染环境已取得了很大的成功，并得到了广泛的认可。它不
仅经济安全，而且所处理过的污染物阈值低和残留少，具有良好的应用前景，正受到世界各国的普遍重视，其
相关研究也十分活跃。预计随着研究水平的不断提高和范围不断扩大，一些更加有效和适应性更强的工程
微生物将会诞生，并将产生更大的经济和社会效益。