Forskningsfremskridt inden for sekundære metabolitter og farmakologiske aktiviteter hos polære actinomyceter
Actinomyceter tilhører phylum Actinobacteria og er en Gram-positiv bakterie. De sekundære metabolitter, der stammer fra actinomyceter, udgør ca. 45% af de sekundære metabolitter, der stammer fra mikroorganismer, og udviser en række biologiske aktiviteter, herunder antitumor, antibakterielle, antiinflammatoriske, antivirale og antiangiogene virkninger. Antibiotika, der stammer fra actinomyceter, udgør 70% af de rapporterede naturlige antibiotika, og nogle af dem er blevet brugt meget i klinisk praksis, f.eks. vancomycin og azithromycin. Actinobakterier har altid været anset for at være en god kilde til nye aktive sekundære metabolitter fra mikrobielle kilder.
Polarområder omfatter generelt Nord- og Sydpolen og deres underområder, der er kendetegnet ved lave temperaturer, polart dagslys og stærk ultraviolet stråling. Polare mikroorganismer har udviklet en unik genregulering og metaboliske funktioner for at tilpasse sig ekstreme polare forhold og har dermed potentiale til at producere strukturelt nye sekundære metabolitter. I de senere år har forskere opdaget mange strukturelt unikke og meget aktive sekundære metabolitter fra polære actinomyceter. Denne artikel gennemgår de forskningsmæssige fremskridt inden for sekundære metabolitter og farmakologiske aktiviteter fra polære actinomyceter fra 1999 til 2021. I henhold til deres kemiske strukturtyper kan de klassificeres i peptider, alkaloider, terpener, makrolider, polyketoner, makrolactamer og andre kategorier. Denne artikel opsummerer de sekundære metabolitter, der stammer fra nyopdagede polære actinomyceter i de senere år (se tabel 1), hvilket kan danne grundlag for en bedre udvikling og udnyttelse af polære actinomycet-ressourcer.

Fra 1999 til 2021 blev 104 sekundære metabolitter fra polære actinomyceter rapporteret både nationalt og internationalt, hvoraf 44 (42,3%) var nye forbindelser. Oversigten over nye sekundære metabolitter er vist i tabel 1. De fleste af de sekundære metabolitter fra polære actinomyceter blev isoleret fra Streptomyces-slægten (74,5%), mens en lille del blev isoleret fra pseudo-Nocardia-slægten (14,2%), termofile Bacillus-slægter (2,8%), Nocardia-lignende slægter (0,9%) og andre slægter (7,7%) (Figur 8, til venstre). Ifølge klassificeringen af kemiske strukturtyper er 21 (20,2%) af de 104 sekundære metabolitter peptidforbindelser, 9 (8,7%) er alkaloider, 11 (10,6%) er terpener, 15 (14,4%) er makrolider, 19 (18,3%) er polyketoner, 6 (5,8%) er makrolactamer, og 23 (22,1%) er andre typer af forbindelser. De vigtigste strukturelle typer er peptider, polyketoner, makrolider osv. (figur 8, højre). Blandt dem omfatter de sekundære metabolitter med meget sjældne strukturer nitroporosiner A (29) og B (30), antartin (41), gephyromycin (41) osv. 60), saliniquinoner G-I (72-74) osv. De fleste af de 104 sekundære metabolitter har gode farmakologiske aktiviteter som f.eks. antibakterielle, svampedræbende, antivirale og cytotoksiske. Det er hovedsageligt kendetegnet ved antitumoraktivitet, som har hæmmende aktivitet på leukæmi, tyktarmskræft, epidermal kræft, myelom, livmoderhalskræft, brystkræft, melanom, gastrisk kræft og andre tumorceller. Nogle forbindelser har signifikant aktivitet, såsom C-1027 chromophore-V har signifikant cytotoksicitet, saliniquinoner G ～ H har signifikant antibakteriel aktivitet, og N - (2-hydroxypheny1) -2-phenazinamin (NHP) har signifikant antifungal og cytotoksicitet. Derudover har nogle forbindelser også selektiv hæmmende effekt. Det næste er antibakteriel aktivitet, herunder antibakteriel og antifungal aktivitet, som har hæmmende virkninger på Candida albicans, Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis, Proteus mirabilis, Bacillus cereus, Bacillus subtilis og Micrococcus luteus. Nogle få har effekter som antiangiogenese, antioxidant, reduktion af cellulære lipidniveauer, hæmning af melaninsyntese og glutaminaktivitet. Yderligere forskning og udvikling er berettiget for sekundære metabolitter med nye strukturer, selv sjældne skeletter, og betydelig aktivitet, såsom nitrosporosiner A (29) og B (30), antagonist (41), gephyromycin (60) og salinequine G-I (72-74).
Sammenfattende har polare actinomyceter rigelige ressourcer, hvor Streptomyces er hovedfokus for forskningen. Andre sjældne arter har brede udviklingsmuligheder. De kemiske strukturtyper af sekundære metabolitter produceret af polære actinomyceter er forskellige, og mange af dem har god biologisk aktivitet, især antitumoraktivitet, hvilket har stor værdi for lægemiddeludvikling. Der er dog ikke blevet forsket meget i metabolitternes biosynteseveje, aktive mekanismer og kliniske aspekter, og de fleste af de sekundære metabolitter, der er isoleret fra polære actinomyceter, er kendte forbindelser. Med udviklingen af bioinformatik-teknologi er flere genomsekvenser af polære actinomyceter blevet opnået gennem sekventering, og flere og flere polære actinomycete BGC'er er blevet opdaget og rapporteret, såsom PKS, NRPS-gener, halogenerede enzymgener, terpen- og oligosaccharidderivatrelaterede gener osv. Man kan se, at polære actinomyceter har et stærkt potentiale for at syntetisere aktive sekundære metabolitter og tilpasse sig polære miljøer, hvilket vil give rigere og mere forskelligartede kilder til nye forbindelser til udvikling af nye lægemidler. Samtidig vil de biosyntetiske veje for nye sekundære metabolitter være lettere at dechifrere og er værdige til yderligere forskning og udvikling. Selvom de fleste af de stoffer, der er isoleret fra polære actinomyceter, i øjeblikket er kendte, er det ikke sikkert, at de "tavse gener", der er ansvarlige for biosyntesen af nye stoffer, kommer til udtryk under fermenteringen. Derfor kan udtrykket af "tavse gener" i stammerne stimuleres ved at optimere fermenteringsbetingelserne, mikrobiel samkultur og andre metoder. Kombineret med genmining, aktivitetsscreening og andre metoder kan forbindelsesisolering styres til at isolere mere aktive sekundære metabolitter med nye strukturer fra polære actinomycete-ressourcer. Ved yderligere at studere de relevante virkningsmekanismer, øge den kliniske forskningsindsats og skabe et grundlag for udvikling af innovative lægemidler.