课件：放线菌：一种高含量的革兰氏阳性细菌.ppt

Part 17: 放线菌和相关生物 （Actinomycetes and related organisms) 一种高G+C含量的G+细菌,弗兰克氏菌产生不能运动的孢囊孢子。它们与高等植物如赤杨共生。,2019,-,1,本章纲要,1 放线菌的一般定义 2 放线菌的一般特征 3 放线菌亚目 4 微球菌亚目 5 棒杆菌亚目 6 小单孢菌亚目 7 链霉菌亚目 8 链孢囊菌亚目 9 弗兰克氏菌亚目 10 放线菌目的其他亚目,2019,-,2,1、 放线菌的一般定义,放线菌（antinomycetes）是一类呈菌丝状生长、主要以孢子繁殖和陆生性强的原核生物。,从医疗的角度看，放线菌非常重要当它们降解橡胶产品，在航空燃料中生长，产生有臭味的物质污染水源，在污水灌溉的植物上生长，形成厚厚的泡沫时，它们可能很讨厌。但另一方面，它们又是大多数抗生素的生产者。 H.A.Lechevalier & M.P.Lechevalier,2019,-,3,2、 放线菌的一般特征,放线菌是一种原核生物，以菌落呈放射状而得名。 分布：在自然界分布很广，主要习居于土壤之中，每克土壤中含数万乃至数百万个放线菌孢子。中性、偏碱性的土壤和有机质丰富的土壤中较多。土壤特有的泥腥味主要由放线菌的代 谢产物引起的。,2019,-,4, 结构： 基内菌丝长在medium内，吸收营养 气生菌丝向medium上空伸展 孢子丝 气生菌丝分枝部分，分化的具有形成孢子作用 的繁殖菌丝，放线菌的孢子常具有色素，呈 白、灰等颜色，是分类的重要特征之一,分生孢子链,琼脂表面,2019,-,5,放线菌的分支菌丝在固体基质的内部和表面都会生长，形成菌丝体。好氧的菌丝体末端会产生分生孢子，孢子的外形一般相差很大。孢子不耐高温，但可以耐干旱，这是放线菌的一种适应方式。 绝大多数的放线菌不能运动。少数能通过鞭毛孢子实现运动。 不同放线菌的细胞壁组成差别非常大，可作为分类标准。可以把放线菌的细胞壁分成4大类（表3.1）其中第、型放线菌的细胞抽提物分别含有特征糖，可用于分类（表3.2）。,2019,-,6,放线菌孢子的扫描电镜照片实例,图1形成孢子的糖多孢菌属菌丝,图2鼠毛上的囊轴发仙菌孢子囊,图3玫瑰小双孢菌菌丝上成对孢子,图4棘孢小单孢菌,图5多毛的链霉菌孢子链,图6世田北里孢菌的产气孢子,2019,-,7,D-Glu,DL-DAP,可与肽桥或其他四肽链中的DAP相连,革兰氏阳性菌细胞壁,L-Ala,D-Ala,N-乙酰胞壁酸,N-葡萄糖胺,肽聚糖的相互交联,2019,-,8,表1 放线菌细胞壁类型,2019,-,9,表2 放线菌全细胞糖模式类型,2019,-,10,菌落特征介于细菌与霉菌之间，放线菌的气生菌丝较细，生长缓慢，菌丝分枝交错缠绕，故菌落质地致密。菌丝长在培养基内，不易挑起。 放线菌形态特征的初步观察 培养基： 高氏一号 可溶性淀粉 2% KNO3 0.1% K2HPO4 0.05% MgSO4.7H2O 0.05% NaCl 0.05% FeSO4 0.001% pH 7.27.0,2019,-,11, 插片法观察 倒平板 10-12 ml，插片，将灭菌的盖玻片以45o角度插入培养基内，插入深度为1/2-1/3 盖片法观察 切槽，去培养基，盖上玻片，培养后翻身观察 接种：将菌种接种在盖玻片与琼脂相边沿线，放置之28培养6-15天 观察：培养后菌丝体生长在培养基及盖玻片上，小心用摄子将盖玻片取出，擦去较差一面的菌丝体，放在载玻片上（菌丝体覆盖在载玻片上），于显微镜观察。,2019,-,12,作用： 1) 产抗生素（4000种以上） 2) 胞外酶，如：蛋白酶、葡糖异构酶（游动放线菌） 3) 甾体转化，环保，氰化物降解,2019,-,13,2. 抗菌谱测定 供试菌： a. 枯草杆菌（G+Rod） b. 金黄色葡萄球菌（G+Cocci） E.coli（G-肠道细菌） c. 白色念珠菌（代表酵母型） d. 分枝杆菌（代表结核杆菌） e. 青霉、曲霉（丝状真菌） 琼脂块测定法：培养后的放线菌，用打孔器切成一定体积的琼脂块，移到供试菌（刚接种）平皿上，观察抑菌圈。 滤纸片法 （或杯碟法）：将滤纸片浸入受试发酵液中，直接放入平板或牛浸小杯，观察抑菌圈。,2019,-,14,放线菌的分类 1. 放线菌科 Actinomyces 属 3. 双歧杆菌 Bifidobacterium 2. 分枝杆菌科 Mycobacteriaceao 分枝杆菌属 Mycobacterium 3. 弗兰克氏菌 Frankiaceae 4. 游动放线菌科 Actinoplanaceae 5. 嗜皮菌科 Dermatophilaceae 6. 诺卡氏菌科 Nocardiaceae 诺卡氏菌 Nocardia 假诺卡氏菌 Pseudonocardia 7. 链霉菌科 Streptomycetaceae 链霉菌属 Streptomyces 8. 小单孢菌科 Micromonospora,2019,-,15,放线菌,具有良好菌丝体 有分枝，无横隔，不断裂,一般无气生菌丝,无气生菌丝，基内菌丝无横隔，不断裂,孢子丝多样，直波、曲、螺旋，呈现多种颜色,孢子丝盘卷形成孢囊，内有孢囊孢子,基内菌丝有横隔，能断裂成杆状和球状孢子,孢子单个着生于短梗顶端,链霉菌属,孢囊链霉菌属,诺卡氏菌属,小单孢菌属,常用放线菌的简捷分类,2019,-,16,3 放线菌亚目,这个亚目多数属为外形不规则，不产芽孢，好氧或兼性的革兰氏阳性杆菌（11个属为厌氧）。包括放线菌属，隐秘杆菌属，动弯杆菌属等。 放线菌属的细菌为直或微弯的杆菌，形状变化很大有真正分支的纤细菌丝。（见左图）放线菌属为兼性或严格厌氧，生长良好时需要CO2。,图1 内氏放线菌（1000）,图2 放线菌属扫描电镜照片（18 000）,2019,-,17,多为致病菌，无气生菌丝，基内菌丝无隔膜，不断裂 放线菌属的各个种一般在人类和其他温血动物的粘膜表面生活，口腔就是个很好的环境。牛放线菌(A.bovis)导致牛的放线菌颈肿病，放线菌属是人类放线菌病，眼睛感染和周期性疾病的病因。其中最重要的人类致病菌是衣氏放线菌(A.israelii),2019,-,18,4 微球菌亚目,微球菌亚目有10个科和许多属，最著名的是微球菌属、节杆菌属和嗜皮菌属。 微球菌属包括好氧的，过氧化氢酶阳性的球菌，主要以成对，四体或不规则簇状存在。多不能运动（见左图）。 节杆菌属包括好氧的，过氧化氢酶阳性，营呼吸代谢的杆菌，肽聚糖中含赖氨酸，它最特别之处是杆菌-球菌的生长循环（图例）。 嗜皮菌属形成有簇生鞭毛的孢子的孢子囊，兼性厌氧，可寄生于哺乳动物。,图1 微球菌属。藤黄微球菌 甲基蓝染色（1000）,2019,-,19,节杆菌（Arthrobacter）处于对数生长期呈不规则、分支的杆状，通过断裂繁殖。进入稳定期后，细胞变为球状。转移到新鲜培养基后，球状又形成有活力的杆状细胞。 它们能耐受贫瘠和干旱的环境，对营养的要求很灵活，甚至能降解一些杀虫剂和除草剂，对复杂的有机分子的矿化也很重要。,2019,-,20,节杆菌属 杆菌-球菌生长循环,图a 培养6h球菌长出杆菌 图b 12h后的杆菌 图c 24h后的细菌 图d 3天后达到稳定期的细胞,2019,-,21,5 棒杆菌亚目,本目最重要的3个属为棒杆菌属，分支杆菌属和诺卡氏菌属。 棒杆菌属包括好氧或兼性，过氧化氢酶阳性，直或微弯的杆菌，末端常尖。成团或成串存在（图1）。 分支杆菌属为微弯或直的杆菌，有时分支或形成菌丝（图2）。,图1 白喉棒杆菌,图2 麻风分支杆菌 耐酸性染色,2019,-,22,Nocardia ： 基内菌丝内有隔膜，并可断裂成杆状或球杆状。一般无气生菌丝，以横隔分裂方式形成孢子。产利福霉素，庆大霉素，可用于石油脱蜡、 烃类发酵等。 能降解许多分子，如石油烃，清洁剂，苯，多氯化联二苯，以及许多杀虫剂。,KCN HCONH2 HCOOH + NH3,CH2=CH-CN CH2=CH CONH2 CH2=CH COOH,丙烯腈,丙烯酰胺,污水处理,腈水合酶,酰胺水解酶,丙烯酸,2019,-,23,建成年产2000吨装置； 腈水合酶活力高，达1000万单位每毫升发酵液； 转化率高，99%以上； 产物分离提取简便，产品纯度99.8%以上。,生物催化生产烟酰胺、羟基乙酸和(S)-2,2-二甲基环丙烷甲酰胺的工艺路线,2019,-,24,2019,-,25,一株腈水合酶生产菌诺卡氏菌培养过程中的镜检照片,2019,-,26,6150倍,发育初期有明显的分枝菌丝，13h后开始断裂，20h后呈大小整齐的短杆状，呈链条堆状排列，48h菌体大小为 1.14 1.76m. 在营养琼脂平板上，菌落隆起，无气生菌丝，呈不规则圆形，表面光滑，有光泽，呈粉红色至桔红色。,2019,-,27,6 小单孢菌亚目,它们的菌丝往往有各种颜色，能产生不同的色素。它们没有气生菌丝或气生菌丝不发达。菌丝末端生长出孢子囊，分生孢子在孢子囊内形成。孢子有能运动的，也有不能运动的。小单孢菌属可以产生抗生素如庆大霉素。,图1 成熟的游动放线菌孢子囊的扫描电镜照片,2019,-,28,小单孢菌科（Micromonosporaceae）是放线菌目的1科。 生物学特征：基内菌丝形成单个孢子。通常无气生菌丝。 小单孢菌属：基因菌丝发育良好，形成致密小菌落，直径约3毫米；菌丝纤细，直径0.20.8微米，无鞘,有分枝，不断裂；一般无气生菌丝；孢子单个生在基内菌丝上，时常在基丝表面形成褐黑色孢子层，孢子表面光滑、粗糙或有突起;菌落黄橙或橙红,也有的为绛红、褐色或绿蓝等色；细胞壁化学组分型，即以内消旋二氨基庚二酸和甘氨酸为特征性组份，有时还有少量左旋或羟基二氨基庚二酸；含有阿拉伯糖和木糖；DNA中的G+C克分子含量为71.472.8。 本属菌喜潮湿，常见于湖、河的水和泥中，能够分解一些不易分解的有机质，如纤维素、几丁质、木聚糖等。产生多种抗生素，特别是氨基糖苷类，如对绿脓杆菌有特效的庆大霉素等。代表种为青铜小单孢菌。 放线单孢菌属：基内菌丝上的长柄顶端形成单个大孢子，直径2.53.0微米，无气生菌丝。至今只记述葡萄牙放线多孢菌1种。,2019,-,29,2019,-,30,7 丙酸杆菌亚目（Propionibacterineae),多形的不能运动杆菌，常为一端尖，一端圆的棒状。细胞可为球形或分支。兼性厌氧或好氧，利用乳酸盐和糖产生大量丙酸和二氧化碳。在动物的皮肤和消化道，乳制品如乳酪中生长有丙酸杆菌属（Propionbacterium）细菌，它们对瑞士乳酪的生产很有意义。,2019,-,31,瑞士乳酪 含有丙酸杆菌发酵产生的CO2空洞,2019,-,32,困难与希望共存的丙酸发酵,2019,-,33,2019,-,34,2019,-,35,8 链霉菌亚目,本目有1个科3个属，其中最重要的是链霉菌属。链霉菌属是一个大属，有大约500个种。严格好氧，型细胞壁。它们的气生菌丝在一个平面上分支，形成3-50或更多的不能运动的分生孢子短链，其孢子表面有光滑的，多刺的，及多疣的。 链霉菌对生态和医药都很重要。在矿化作用中起着很重要的作用。链霉菌最著名的特征是它们能合成各种抗生素，其中一些被用于医药和生物学研究，如两性霉素B，氯霉素，红霉素，新霉素，制霉菌素，链霉素，四环素等。,图1 雪白链霉菌的光滑孢子,图2 美好链霉菌多疣的孢子,2019,-,36,Streptomyces： 生长在含水量低，通气好的土壤中。有良好的分枝状菌丝体，菌丝无隔膜。已知该菌属有1000多种。S.griseus 灰色链霉菌 S.rimosus 龟裂链霉菌,2019,-,37,图3 绿色产色链霉菌的多刺孢子,图4 松果链霉菌孢子链的光学显微镜照片,图6 产链霉素的灰色链霉菌,图5 疮痂病链霉菌 生长在马铃薯上的一种放线菌,2019,-,38,9 链孢囊菌亚目,本亚目包括3个科14个属。伯杰氏手册第一版中它们位于第30组（马杜拉菌）和第31组（高温单孢菌相关属） 马杜拉放线菌属是与致病性放线菌有关的一类放线菌。高温单孢菌属在气生菌丝，或气生菌丝和基质菌丝上产生单个孢子。,图1 马杜拉放线菌电镜照片,图2 白色链孢囊菌的电镜照片,2019,-,39,孢囊链霉菌属：由气生菌丝的孢子丝盘卷成孢子囊。如： 粉红孢囊链霉菌（Streptosporangium roseum） 产生多霉素（polycin）抗G+、G-、病毒、肿瘤,2019,-,40,10 弗兰克氏菌亚目,弗兰克氏菌属能形成不能运动的孢囊孢子。在菌丝断裂时，会释放出成群的孢子。弗兰克氏菌在至少8个科的高等非豆科植物的根系中共生，能固氮，微需氧（赤杨这样的植物能在缺氧的环境下生长与此有关)。 鱼孢菌属是最奇特的一类放线菌。它缺乏基质菌丝体，菌丝通过附着器与基质相连，并向上生长形成气生菌丝体，在有水时释放出可运动的有鞭毛的分生孢子。,图1 被菌丝包裹的一个孢子囊的扫描电镜照片,2019,-,41,红枝桤木的一个根瘤，细胞被弗兰克氏菌的小囊所充满,2019,-,42,11 双歧杆菌 （Bifidobacteriales),双歧双歧杆（B.bifidus）是人类肠道的最早入住者，尤其是哺乳期的新生儿。,1500倍,双歧杆菌改良的乳制品,2019,-,43,相关生物有棒状杆菌类群和丙酸细菌科 棒杆菌属Corynebacterium 节杆菌属Arthrobacter 丙酸杆菌 Propionbacterium 形态性状差别非常大，同一菌种表现多态性。 重要工业菌种： 北京棒杆菌（Coryn. pekinense) 谷氨酸棒杆菌(Coryn. Glutamicus) 黄色短杆菌(Brevibacterium flavum) 乳糖发酵短杆菌(B.lactofermentum) 产氨短杆菌(B.ammoniagenes) 嗜乙酰乙酸棒杆菌 (Coryn. Acetoacidophilum) 节杆菌属 (Arthrobacter) 产D-氨基酸，甾类化合物,2019,-,44, -聚赖氨酸的研究进展,聚赖氨酸对多种细菌、酵母菌的生长有抑制作用，是一种新颖的营养性食品保鲜剂。结构式如下：,2019,-,45,建立了快速筛选放线菌的方法。 1.1高通量菌种初筛方法的建立,50处理一个小时 5mmol/L磷酸缓冲液 土样 取1 克 或自然风干3-10天 稀释不同浓度 5-7后挑菌落 1 株1瓶 涂布 纯种菌 发酵 诱变 所要的菌种 高产稳定优良的菌株 显桔黄色沉淀 重新