Fortschritte bei der Erforschung von Sekundärmetaboliten und pharmakologischen Aktivitäten polarer Actinomyceten
Aktinomyceten gehören zum Stamm der Actinobakterien und sind grampositive Bakterien. Die aus Actinomyceten stammenden Sekundärmetaboliten machen etwa 45% der aus Mikroorganismen stammenden Sekundärmetaboliten aus und weisen eine Reihe biologischer Aktivitäten auf, darunter tumorhemmende, antibakterielle, entzündungshemmende, antivirale und antiangiogene Wirkungen. Von Aktinomyceten stammende Antibiotika machen 70% der gemeldeten natürlichen Antibiotika aus, und einige von ihnen, wie Vancomycin und Azithromycin, sind in der klinischen Praxis weit verbreitet. Aktinobakterien gelten seit jeher als gute Quelle für neue aktive Sekundärmetaboliten aus mikrobiellen Quellen.
Zu den Polarregionen gehören im Allgemeinen der Nord- und der Südpol sowie deren Unterregionen, die durch niedrige Temperaturen, polares Tageslicht und starke UV-Strahlung gekennzeichnet sind. Polare Mikroorganismen haben eine einzigartige Genregulation und Stoffwechselfunktionen entwickelt, um sich an die extremen polaren Bedingungen anzupassen, und besitzen daher das Potenzial, strukturell neuartige Sekundärmetaboliten zu produzieren. In den letzten Jahren haben Forscher viele strukturell einzigartige und hochaktive Sekundärmetaboliten aus polaren Actinomyceten entdeckt. Dieser Artikel gibt einen Überblick über die Forschungsfortschritte bei den Sekundärmetaboliten und pharmakologischen Aktivitäten polarer Aktinomyceten von 1999 bis 2021. Je nach ihrer chemischen Struktur lassen sie sich in Peptide, Alkaloide, Terpene, Makrolide, Polyketone, Makrolactame und andere Kategorien einteilen. Dieser Artikel fasst die Sekundärmetaboliten zusammen, die in den letzten Jahren aus neu entdeckten polaren Actinomyceten gewonnen wurden (siehe Tabelle 1), was eine Grundlage für eine bessere Entwicklung und Nutzung der polaren Actinomyceten-Ressourcen bilden kann.

Von 1999 bis 2021 wurden 104 Sekundärmetaboliten aus polaren Actinomyceten sowohl im Inland als auch international gemeldet, von denen 44 (42,3%) neue Verbindungen waren. Eine Zusammenfassung der neuen Sekundärmetaboliten ist in Tabelle 1 dargestellt. Die meisten Sekundärmetaboliten polarer Actinomyceten wurden aus der Gattung Streptomyces isoliert (74,5%), während ein kleiner Teil aus der Pseudo-Nocardia-Gattung (14,2%), der thermophilen Bacillus-Gattung (2,8%), der Nocardia-ähnlichen Gattung (0,9%) und anderen Gattungen (7,7%) isoliert wurde (Abbildung 8, links). Nach der Klassifizierung der chemischen Strukturtypen sind von den 104 Sekundärmetaboliten 21 (20.2%) Peptidverbindungen, 9 (8.7%) Alkaloide, 11 (10.6%) Terpene, 15 (14.4%) Makrolide, 19 (18.3%) Polyketone, 6 (5.8%) Makrolactame und 23 (22.1%) andere Arten von Verbindungen. Die wichtigsten Strukturtypen sind Peptide, Polyketone, Makrolide usw. (Abbildung 8, rechts). Zu den Sekundärmetaboliten mit sehr seltenen Strukturen gehören Nitroporosine A (29) und B (30), Antartin (41), Gephyromycin (41) usw. 60), die Salinchinone G-I (72-74), usw. Die meisten der 104 sekundären Metaboliten haben gute pharmakologische Aktivitäten wie antibakterielle, antimykotische, antivirale und zytotoxische Eigenschaften. Sie zeichnen sich vor allem durch ihre antitumorale Aktivität aus, die Leukämie, Dickdarmkrebs, epidermalen Krebs, Myelom, Gebärmutterhalskrebs, Brustkrebs, Melanom, Magenkrebs und andere Tumorzellen hemmt. Einige Verbindungen haben eine signifikante Aktivität, wie z. B. C-1027 Chromophor-V mit signifikanter Zytotoxizität, Saliniquinone G ～ H mit signifikanter antibakterieller Aktivität und N - (2-Hydroxypheny1) -2-Phenazinamin (NHP) mit signifikanter Antimykotizität und Zytotoxizität. Darüber hinaus haben einige Verbindungen auch eine selektive hemmende Wirkung. Als nächstes folgt die antibakterielle Aktivität, einschließlich der antibakteriellen und antimykotischen Aktivität, die hemmende Wirkungen auf Candida albicans, Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis, Proteus mirabilis, Bacillus cereus, Bacillus subtilis und Micrococcus luteus hat. Einige von ihnen haben Wirkungen wie Angiogenesehemmung, Antioxidationsmittel, Senkung des Zelllipidspiegels, Hemmung der Melaninsynthese und Glutaminaktivität. Weitere Forschungs- und Entwicklungsarbeiten sind im Hinblick auf Sekundärmetaboliten mit neuartigen Strukturen, sogar seltenen Skeletten, und signifikanter Aktivität, wie Nitrosporosine A (29) und B (30), Antagonist (41), Gephyromycin (60) und Salinequin G-I (72-74), gerechtfertigt.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass polare Actinomyceten über reichhaltige Ressourcen verfügen, wobei Streptomyces den Schwerpunkt der Forschung bildet. Andere seltene Arten haben breite Entwicklungsperspektiven. Die chemischen Strukturen der von polaren Actinomyceten produzierten Sekundärmetaboliten sind vielfältig, und viele von ihnen haben eine gute biologische Aktivität, insbesondere eine Anti-Tumor-Aktivität, die für die Arzneimittelentwicklung von großem Wert ist. Die Erforschung der Biosynthesewege, der Wirkmechanismen und der klinischen Aspekte der Metaboliten ist jedoch noch nicht weit gediehen, und die meisten der aus polaren Aktinomyceten isolierten Sekundärmetaboliten sind bekannte Verbindungen. Mit der Entwicklung der Bioinformatik-Technologie wurden mehr Genomsequenzen von polaren Aktinomyceten durch Sequenzierung gewonnen, und es wurden immer mehr BGCs von polaren Aktinomyceten entdeckt und berichtet, wie z. B. PKS-, NRPS-Gene, Gene für halogenierte Enzyme, Gene für Terpen- und Oligosaccharidderivate usw. Es zeigt sich, dass polare Actinomyceten ein großes Potenzial für die Synthese aktiver Sekundärmetaboliten und die Anpassung an polare Umgebungen haben, was eine reichhaltigere und vielfältigere Quelle neuer Verbindungen für die Entwicklung neuer Arzneimittel darstellen wird. Gleichzeitig werden die Biosynthesewege neuer Sekundärmetaboliten leichter zu entschlüsseln sein und sind es wert, weiter erforscht und entwickelt zu werden. Obwohl die meisten der aus polaren Actinomyceten isolierten Verbindungen bereits bekannt sind, werden die "stillen Gene", die für die Biosynthese neuer Verbindungen verantwortlich sind, während der Fermentation möglicherweise nicht exprimiert. Daher kann die Expression "stiller Gene" in Stämmen durch Optimierung der Fermentationsbedingungen, mikrobielle Ko-Kultur und andere Methoden stimuliert werden. In Kombination mit Gene Mining, Aktivitätsscreening und anderen Methoden kann die Isolierung von Verbindungen dazu dienen, aktivere Sekundärmetaboliten mit neuartigen Strukturen aus polaren Actinomyceten-Ressourcen zu isolieren. Durch die weitere Untersuchung der relevanten Wirkmechanismen werden die klinischen Forschungsanstrengungen verstärkt und eine Grundlage für die Entwicklung innovativer Arzneimittel geschaffen.