蜜蜂及蜂产品微生物资源研究与开发

湖北天马养蜂场2011-09-10 19:37:45蜂产品其他应用2333

摘要:微生物是一类物种丰富的生物资源和基因资源,在农业资源研究开发中,通过蜜蜂及产品微生物资源库的构建,与现代筛选技术和生物技术结合,可以有效地筛选出新类型的蜂药,构建抗性高的蜜蜂新种以及发酵工程菌株的优化。利用蜂胶临床应用对癌症防治的成果,进一步分离提纯,从中筛选出更具活性的药物成分,开发新类型药品。

关键词:蜜蜂及产品;微生物资源;筛选;构建

饲养和保护蜜蜂以获取蜂产品作为人们的食、疗品,同时利用蜜蜂为农作物授粉以促进农业增产的行为,已越来越引起世界各国的重视。目前在世界上凡有人居住的地方都发展了养蜂业,范围极为广阔,发达国家和地区把养蜂业作为现代大农业的重要组成部分。蜜蜂蜂种资源十分丰富,除了常规饲养的西方蜜蜂以外,还包括小蜜蜂、黑色小蜜蜂、大蜜蜂(排蜂)、黑大蜜蜂(岩蜂)、麦蜂属的无刺蜜蜂、野生状态下的中蜂。在蜜蜂及产品微生物的多样性研究方面仍处于空白,野生蜜蜂对一般蜂病的抵抗力很强,蜜蜂具有的微生物及酶产生的代谢产物对生存能力的影响值得研究。而蜂产品本身的微生物系统也很丰富,如蜂蜜含有耐高糖、耐高渗酵母菌,蜂花粉含有分解蛋出质的微生物系统,微生物系统的丰富决定蜂产品本身的营养成分种类和量,也为微生物代谢产物的多样性又提供了一条特殊的途径来源。

1微生物资源及代谢产物

微生物是一类物种丰富的生物资源和基因资源。微生物物种繁多,迄今我们所认识的细菌有5000多种,放线菌3000多种,真菌达70000多种。而我们所认识的数量不足总数的1%~10%,可见微生物资源拥有巨大的开发潜力。微生物生长繁殖速度极快,有的细菌繁殖一代,仅需20分钟。由于这一特点,微生物产品可以在人工控制条件下,实现大规模生产,这是目前栽培的任何农作物都无法比拟的。相对而言,微生物的基因组小得多。拷贝数比较少,比较容易通过基因操作,大幅度提高产率。一些动植物资源的不合理开发利用导致物种的减少,甚至绝灭,造成严重的环境问题。但是微生物资源的开发利用不存在这个问题。

微生物产生的次级代谢产物具有各种不同的生物活性,如人们熟悉的抗生素就是具有抗感染的微生物次级代谢产物。随着生命科学的发展,人们不仅阐明了某些疾病发生的分子基础以及药物的作用机制,而且能够将其作为分子作用靶,在体外建立各种药物筛选模型,从而大大地提高了从微生物中获得各种新药的可能性。在从微生物代谢产物中筛选出的各种生理活性物质中,除在抗生素领域外,还在酶抑制剂、免疫调节剂、受体拮抗剂、抗氧化剂、细胞因子诱导剂等多个领域存在很多具有药物开发价值的候选化合物。

除上述微生物资源研究开发外,以微生物代谢产物生产人类喜爱的酿造食品,如酒类、酱油、食醋人皆知晓。微生物的多种代谢产物如糖、有机酸、氨基酸、醇、脂肪酸十分丰富t23。我们可以用价格低廉的农副产品以及野生植物淀粉为原料。以微生物菌体的酶进行酶解,可获得营养价值很高的保健食品及饮料,如用红薯、木薯、水果、山茶、废糖蜜、菊芋等酿酒,酒质很好,风味独特。价格低廉的麦麸、糠糟、高粱糠、淀粉渣、菊芋制作的食醋,质量上乘,用废糖蜜生产的味精、酸酶法酿制的竹荪口服液,用现代生物工程技术生产的金灵锗及富含赖氨酸的各种糕点也相继上市。特别适合老人、儿童食用,保健效果很好。

2蜜蜂及产品的微生物资源

微生物在蜂学上的研究主要从三方面着手:一是以蜂病防治为基础的病原微生物及代谢产物的研究;二是以食品研究为基础的蜂产品发酵丁程;三是利用特殊的蜂产品组分筛选有用药物。

蜜蜂的病虫害自然是养蜂生产的大敌,世界各国都投人了许多人力、物力、财力来研究这一问题。采取了化学防治、生物技术防治以及选育抗病品种等办法,有些病害得到了控制,有些病害的危害只是得到了缓解,还不能完全根治。其原因很复杂,从蜜蜂病害的角度看,有病毒、细菌、原生动物、寄生螨、寄生昆虫和线虫以及非传染性的蜜蜂病害;传统的药物使用主要是以抗生素为主,而且随着用药量的增大。微生物的耐药性也随之增强,影响产品质量。因此,加强对治疗蜂病替代药物的研究,逐步减少以至彻底解决在蜂蜜、蜂王浆、蜂花粉、蜂胶等产品中有毒有害物质的残留问题也是当务之急。而在此基础上,可以针对性地对研究病原微生物耐药性筛选其代谢产物以及研制新类型的蜂药。

在蜂产品开发方面,传统的加工主要保持蜂产品原始特点,主要通过过滤、干燥、冷藏、辐射等方法,生产手段陈旧,产品没有特色。而生物技术的运用逐渐成为蜂产品深加工的一个主流方向,通过发酵微生物的作用,能使原始的产品更具特点,并着重研究蜂产品本身具有的微生物系统及运用,如耐高渗、耐高糖酵母菌的筛选,代谢产物对蜂蜜品质的影响评价,提取相应的基因片断构建新的高产菌等。

蜂胶是植物药用成分的高度浓缩物,它所含的药用成分之多,浓度之高是药用植物无法与其相比。蜂胶具有许多种生物学效应,引起了众多国内外学者的关注,并开始成功地运用于防治人类的许多疾病,特别是近年来蜂胶防癌、抗癌研究较为突出,因此蜂胶被誉为“天然药物”。通过对蜂胶的广谱抗菌性以及耐蜂胶微生物及代谢产物的研究,在药品、日用品、

3保健食品可以开辟新的路径-3个主要研究手段

3.1将不同蜂种体内外微生物系统进行分离、培养、鉴定,构建蜜蜂及产品微生物资源库。

3.2蜜蜂药物的筛选:利用资源库的微生物资源。通过高通量筛选技术(HTS)以药物与细胞和分子之间的作用机理为依据,来设计筛选模型,将各种靶标固定在96孔甚至360孔板,进行自动稀释、加样,并用计算机记录、计算、整理分析实验结果,实现筛选的快速、准确、微量、重现性高和大规模化。相对于传统药理学研究来说,高通量药物筛选技术的理论基础是一种反向药理学。也正因为如此,高通量药物筛选技术筛选出的具有相关活性的样品,还不能保证一定会成为药品,还必须进一步地在蜜蜂体内进行代谢过程试验,确定药品的有效性和稳定性。并利用高通量分离技术,将高分辨高压液相色谱、气相色谱仪与质谱仪及各种检测系统连用,通过各种软件与大型数据库比较,使化合物的分离、检测、分析实现了自动化,使已知化合物的早期淘汰变得比较容易。

3.3将纯培养的微生物进行组合生物化学和组合生物合成,解决样品来源短缺问题,提高了筛选速度。组合生物化学和组合生物合成将已知或未知化学结构的化合物,与不同种类的微生物共培养,由于发生了化合物的修饰、转化,极大地增加了化合物的多样性,与高通量筛选技术相结合,可大大提高筛选的效率。

3.4在上述方法基础上利用一定的化学提取方法将不同的蜂产品成分进行纯化,然后筛选出新的有用化合物。

3.5利用基因工程技术将功能基因转入受体菌株,构建新的生产菌株,使产品生产更为完善。

4蜜蜂及产品微生物资源开发

4.1在构建蜜蜂微生物资源库的同时,构建相应的DNA文库和功能基因库,可以在不开发新药的基础上通过转基因手段培育具蜂病抗性的蜜蜂新种,增强蜜蜂对环境的适应能力。

4.2通过对蜜蜂微生物资源库的构建,利用新的筛选技术,加上基因操作技术、发酵工程技术,大大加速了微生物资源开发利用的进程。从具特色的微生物体系中筛选出具有蜂病治疗作用的新药,改善传统蜂病治疗使用抗生素的方法,开发出新的蜂药类型,具有广阔的市场前景。

4.3利用蜂胶临床应用对癌症防治的成果,进一步分离提纯,从中筛选出更具活性的药物成分,开发新的药品。

4.4利用微生物菌株的构建,开发新型保健食品。将耐高渗、耐高糖的基因转入受体菌以构建新的工程菌株,使发酵能在不稀释状态发酵,提高设备利用率和产物浓度。

5结语湖北天马养蜂场,加我们的微信一起学养蜂。

将蜜蜂及产品的微生物资源与现代生物技术、筛选技术结合起来,在构建资源库的同时,利用特殊功能基因构建新抗性蜂种,筛选新类型蜂药,研制开发新型保健食品和新型药品。为农业微生物资源产业化开发提供可行性发展方向。

引自《蜜蜂杂志》2005(9)

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