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粘细菌是一类革兰氏阴性细菌，能够产生种类十分丰富的、具有抗肿瘤、抗细菌、抗真菌、以及免疫调节作用等生物活性的次级代谢产物，根据目前对粘细菌的代谢产物报道，已经发现了超过100种基本化学结构及500余种基本结构的衍生物，占微生物来源的3.5％。另一方面，粘细菌又因具有的复杂多细胞行为和形态发生过程，而被视为“高等细菌”。粘细菌因其所具有的复杂多细胞社会性行为而成为微生物之间竞争互助机制研究的重要研究材料。国际上的一些相关工作已经向我们展示出了粘球菌之间存在的复杂的关系。
纤维堆囊菌是粘细菌中一类能够降解纤维素的生理类群，具有极其优异的生物学合成能力，由其发现的次级代谢产生的生物学活性物质占到了粘细菌总发现量的48.4％。其中16元大环内酯类化合物Epothilone，因其对癌细胞具有与紫杉醇作用机理类似的抑制效果而引入注目。同时埃博霉素还具有抑制低等真菌的活性。在不同的堆囊菌菌株中，埃博霉素产生菌约占2％，但几乎所有菌株对真菌和肿瘤细胞具有广泛和强烈的抑制作用。
本论文工作首先从采自于国内不同地域的19个土壤样品中开展纤维堆囊菌的分离纯化工作，共获得180余株纤维堆囊菌。在这些菌株的生长过程中，无论是来源于同一土样还是不同土样的菌株之间在形态学上均呈现出显著的差异，包括菌体颜色、粘孢子或子实体结构、菌膜扩展形态等方面。除此以外，各菌株间的差异还表现在16SrDNA进化关系以及epothilones的合成等方面。纤维堆囊菌向我们展示出了丰富的生物多样性。
同时纤维堆囊菌如此显著的菌株特异性及丰富的生物多样性，特别是次级代谢多样性也向我们提出了一些有趣的问题：同一生境中不同堆囊菌是如何发生相互作用的？堆囊菌株系的次级代谢分化是否对种群的生存是有益的？不同菌株是否存在代谢性状互补的现象？纤维堆囊菌之间存在的竞争互助机制对群体生存有着什么程度的意义呢？基于以上问题的思考，我们选择从两个不同生境性质的土样0157和0003（本实验室编号）中分离到的各6株堆囊菌进行它们之间竞争互助关系的研究。来自于同一生境和不同生境的菌株之间在生长过程中均呈现出很明显的相互抑制作用，不过生长抑制作用在形态学方面却表现出了更加多样的形式。在次级代谢水平上，83.3％的配对菌株组合中epothilone总产量发生了明显变化，产量有大幅度提高的组合比例占这些发生明显变化组合的72％，其中总产量最大的提高倍数达到了41.5倍。抑菌实验的结果表明，配对后堆囊菌的次级代谢总产物对根霉有更强的抑制作用。同时我们对其中两个组合进行了进一步的研究，其单位产量具有更大幅度的提高，并且对整个epothilone合成酶基因簇在转录水平上进行了验证。这是一个非常令人兴奋的结果，不仅仅是对epothilone产生菌株在工业上的运用而言，更重要的是这为我们继续深入探索自然环境下纤维堆囊菌的真实生存状况提供了一个初步的轮廓。
在以上工作中，我们发现epothilones阳性菌株根据其epothiloneA/B合成比例情况分为epoB+和epoB-两个种类。通过对ATModC2序列的生物信息学分析，找出4个会对ATModC2底物选择性造成差异的氨基酸位点(Val90，Alagl，Ala95，Ser196)。随后将这4个氨基酸位点突变为Leu90，Val91，Ile95，Phe196，并进行ATModC2的E.coli异源表达及包涵体蛋白复性。野生型以及突变型ATModC2酶活测定结果表明，这4个氨基酸位点的改变造成ATModC2对methylmalony-CoA的结合能力降低了近80％。单氨基酸位点突变的实验表明，Ser196--Phe196对ATModC2的底物选择性造成显著的影响。
自然界中天然的epothilones并不仅仅以epothiloneA/B两种形式存在，还具有许多其它种类的结构形式及修饰基团。EpothiloneosideA（国内专利200810157514.2，国际专利PCT/CN2008/001946）作为世界上首次报道的埃博霉素糖苷类化合物，其产生菌株S00157-2为本实验所有。Epothilones的糖基化过程在纤维堆囊菌体内是一个特殊的现象，改变pH、发酵方式以及碳氮源单因子等因素进行S00157-2的培养，结果表明epothilones的糖基化现象始终伴随着epothiloneA的合成，是一个稳定的过程。
除了epothiloneosideA之外，还有更多以其它形式存在的埃博霉素类化合物。LF-8、LF-11和epo-1（国内专利20100011840.X）是最近在纤维堆囊菌S00157-2体内首次被发现的14元和18元环埃博霉素类化合物。本文工作中根据这些新型埃博霉素的结构特点，并结合质谱分析的手段，推测出一些潜在的埃博霉素类化合物结构，为今后更多的新型埃博霉素的发现提供了一定的指导。