微生物次級(jí)代謝產(chǎn)物生物合成的研究進(jìn)展

趙江華 房歡 張大偉

（1.中國(guó)科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所，天津 300308；2.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院，保定071000）

微生物包括細(xì)菌、病毒、真菌以及一些小型的原生生物、顯微藻類等在內(nèi)的一大類生物群體，它個(gè)體微小，與人類關(guān)系密切。其涵蓋了有益和有害的眾多種類，廣泛涉及食品、醫(yī)藥、工農(nóng)業(yè)、環(huán)保和體育等諸多領(lǐng)域。在我國(guó)教科書中，將微生物劃分為以下8大類：細(xì)菌、病毒、真菌、放線菌、立克次氏體、支原體、衣原體和螺旋體。在上述8類微生物中，能夠產(chǎn)生與我們生活息息相關(guān)的次級(jí)代謝產(chǎn)物的主要是細(xì)菌、真菌和放線菌。

生物從環(huán)境中攝取小分子營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，合成氨基酸、蛋白質(zhì)、核酸等生命活動(dòng)必須的物質(zhì)以及獲取能量的過程稱為初級(jí)代謝［1］。除了初級(jí)代謝外，微生物還能通過次級(jí)代謝活動(dòng)分泌多種次級(jí)代謝產(chǎn)物，如維生素等具有重要價(jià)值的活性物質(zhì)。不同于初級(jí)代謝，次級(jí)代謝通常由營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、生長(zhǎng)速度、反饋控制、酶失活和誘導(dǎo)等因素控制，并非生命體必須進(jìn)行的活動(dòng)。但兩者并不是毫無聯(lián)系，它們之間互相作用，共同調(diào)節(jié)生命活動(dòng)。初級(jí)代謝是生命活動(dòng)的基礎(chǔ)，其產(chǎn)物可作為次級(jí)代謝的原料，次級(jí)代謝產(chǎn)物如抗生素能夠抑制其他微生物的生長(zhǎng)，所以次級(jí)代謝能夠調(diào)節(jié)初級(jí)代謝活動(dòng)［2］。常見的次級(jí)代謝產(chǎn)物有抗生素、激素、毒素、生物堿及維生素等［3］。

1 次級(jí)代謝產(chǎn)物的來源

1.1 細(xì)菌來源次級(jí)代謝產(chǎn)物

除了植物，細(xì)菌占了地球上生物量的大部分。它們隨處可見，盡管某些物種只在特定的生態(tài)位中繁衍生息［4］。長(zhǎng)期以來，細(xì)菌發(fā)酵一直被用于制造具有營(yíng)養(yǎng)、農(nóng)化和醫(yī)藥價(jià)值的天然產(chǎn)品。如黏細(xì)菌，它產(chǎn)生的次級(jí)代謝產(chǎn)物無論是在化學(xué)結(jié)構(gòu)還是生物活性上都具有豐富的多樣性。代謝產(chǎn)物的多樣性及廣譜活性，在開發(fā)藥物方面具有巨大的潛力。黏細(xì)菌的抗生素產(chǎn)生菌的比例高于目前已知的產(chǎn)生抗生素最多的放線菌［5］。

1.2 真菌來源次級(jí)代謝產(chǎn)物

真菌具有生物多樣性，已描述的真菌種類約 9.7萬余種，僅占 6%左右?，F(xiàn)今已知的具有生物活性的微生物次級(jí)代謝產(chǎn)物中，有50%是絲狀真菌產(chǎn)生的［6］。包括人們最熟悉的青霉素和頭孢菌素等抗生素、免疫抑制劑環(huán)孢菌素A、降血糖藥物阿卡波糖以及降血脂藥物洛伐他汀等。此外，真菌還能夠產(chǎn)生大量的細(xì)胞毒物質(zhì)，其中包括一些強(qiáng)毒性化合物，如單端多孢霉烯以及黃曲霉毒素等真菌毒素［7］。眾所周知，黃曲霉毒素能夠致癌，嚴(yán)重威脅人類的生命健康，但是人類可以通過研究其致癌機(jī)理，發(fā)現(xiàn)潛在的抗腫瘤藥物。如具細(xì)胞毒活性的二酮哌嗪類化合物可作為治療腫瘤的藥物［8］。

1.3 放線菌來源次級(jí)代謝產(chǎn)物

微生物產(chǎn)生的具有生物活性的天然次級(jí)代謝產(chǎn)物，大都基于對(duì)放線菌的挖掘。放線菌次級(jí)代謝產(chǎn)物種類豐富，約占已報(bào)道微生物來源生物活性物質(zhì)的50% 左右，這些物質(zhì)根據(jù)化學(xué)結(jié)構(gòu)可分為 β-內(nèi)酰胺類、多肽類、糖肽類、核苷類及聚酮類等［9］，具有抗細(xì)菌、抗真菌、抗腫瘤、殺蟲及免疫抑制劑和免疫激活劑等的功效，在醫(yī)藥業(yè)、農(nóng)業(yè)、獸業(yè)、食品工業(yè)等領(lǐng)域有廣泛地應(yīng)用［10］。

雖然對(duì)次級(jí)代謝產(chǎn)物的產(chǎn)生菌已經(jīng)進(jìn)行了多方面的挖掘，但迄今為止我們發(fā)現(xiàn)的數(shù)量只是冰山一角，況且利用傳統(tǒng)的辦法已經(jīng)很難發(fā)現(xiàn)新的產(chǎn)物，在提高產(chǎn)物產(chǎn)量方面也遇到了瓶頸。有兩個(gè)因素阻礙了新化合物面世：（1）能夠在人工培養(yǎng)條件下存活的微生物為數(shù)不多，目前在實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)條件下成功的僅占0.1%-1%［11］；（2）在普通培養(yǎng)條件下，大多數(shù)次級(jí)代謝產(chǎn)物生物合成基因簇（BGCs）不能表達(dá)。如果這些潛在的生物合成開關(guān)被打開，就有望發(fā)現(xiàn)更多新的活性產(chǎn)物，新藥研發(fā)會(huì)有一個(gè)跳躍式發(fā)展［12］。

2 研究微生物次級(jí)代謝產(chǎn)物應(yīng)用到的方法策略

2.1 次級(jí)代謝產(chǎn)物生物合成基因簇異源表達(dá)

阻礙次級(jí)代謝產(chǎn)物出現(xiàn)的因素之一就是標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室生長(zhǎng)條件，因此微生物代謝組尚有很大的開發(fā)空間［13］。2018年，Harvey等［14］開發(fā)了異源表達(dá)合成生物學(xué)平臺(tái)，用于釀酒酵母中真菌生物合成基因及其編碼代謝物的快速、可擴(kuò)展表達(dá)。通過高通量基因組測(cè)序，對(duì)潛在的次級(jí)代謝產(chǎn)物合成途徑有了一定認(rèn)識(shí)。通過異源表達(dá)途徑重建與基因工程相結(jié)合，可以發(fā)現(xiàn)新的化合物，闡明產(chǎn)物合成途徑，優(yōu)化產(chǎn)品產(chǎn)量。大腸桿菌、酵母菌、絲狀真菌作為模式菌株，有完善的遺傳工具箱，是高效的異源宿主［15］。在Harvey等［14］的研究中，將41個(gè)不同來源的BGC在釀酒酵母中表達(dá)，其中22個(gè)（54%）來自不同的子囊菌和擔(dān)子菌，產(chǎn)生了可檢測(cè)的非釀酒酵母特有的化合物。這個(gè)平臺(tái)使酵母的異源表達(dá)方法向前邁進(jìn)了一大步，并可能為發(fā)現(xiàn)許多天然產(chǎn)物打開大門。通過異源表達(dá)，可以更清楚的了解產(chǎn)物的代謝過程，為產(chǎn)物產(chǎn)量的優(yōu)化和獲取更加有價(jià)值的次級(jí)代謝產(chǎn)物指明了方向［16］，其優(yōu)點(diǎn)主要包括：（1）繞過了難以培養(yǎng)或無法培養(yǎng)的菌株；（2）將每種BGCs與其產(chǎn)生的次級(jí)代謝產(chǎn)物掛鉤；（3）有利于對(duì)宿主進(jìn)行基因操作、優(yōu)化后期的發(fā)酵條件，實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)［17］。

2.1.1 宿主細(xì)胞遺傳修飾和改造 異源沉默基因簇表達(dá)時(shí)，為防止宿主環(huán)境不適合外源基因的表達(dá)，有必要對(duì)宿主進(jìn)行遺傳修飾改造［18］。和公司裁員大概是一個(gè)道理，對(duì)基因組進(jìn)行刪減，就像是給細(xì)胞減負(fù)，這樣才能達(dá)到特定次級(jí)代謝產(chǎn)物的生物合成水平。本身的基因?qū)ν庠椿虼氐挠绊懡档?，可為沉默基因簇的表達(dá)提供理想條件［19］。當(dāng)大腸桿菌或酵母用作真核生物次級(jí)代謝產(chǎn)物生物合成基因的表達(dá)宿主時(shí)，為防止宿主元件的缺失，需要對(duì)宿主菌株進(jìn)行工程設(shè)計(jì)，以產(chǎn)生 4-磷酸泛乙烯基轉(zhuǎn)移酶（PPTase），特別是 PKSs 和 NRPSs 的表達(dá)。絲狀真菌宿主具有內(nèi)源性 PPTase 活性，為PKSs 和NRPSs的ACP和PCP結(jié)構(gòu)域提供修復(fù)基，因此它們不需要外源性PPTase基因［15］。

2.1.2 對(duì)基因簇的加倍和其他調(diào)控 在對(duì)卡那霉素高產(chǎn)菌株的研究中，工作人員發(fā)現(xiàn)多拷貝的卡那霉素基因簇，這種多拷貝的方法是提高產(chǎn)量的有效手段［20］。除了基因簇加倍，還可以采取轉(zhuǎn)座子干擾、紫外線或化學(xué)誘變或單基因缺失文庫(kù)的手段，用BGC刪除策略構(gòu)建基因缺失文庫(kù)，然后研究這個(gè)敲除文庫(kù)中的代謝圖譜。還有敲除抑制次級(jí)代謝產(chǎn)物表達(dá)的基因、過度表達(dá)簇特異性轉(zhuǎn)錄激活因子或全局性調(diào)控因子［15］、組成型表達(dá)或過表達(dá)同源正調(diào)控基因［21］等這些途徑都有助于發(fā)現(xiàn)更隱秘或沉默的次級(jí)代謝物。

2.1.3 宿主細(xì)胞與生物合成基因簇適配性改造 絲狀真菌的異源表達(dá)具有一定的挑戰(zhàn)性，寄主可能受到插入簇的影響，導(dǎo)致代謝物譜發(fā)生變化，或插入簇與原簇之間產(chǎn)生串?dāng)_，從而難以識(shí)別正確的新次級(jí)代謝產(chǎn)物。為了使異源簇表達(dá)，通常將內(nèi)源次級(jí)代謝產(chǎn)物BGCs沉默，或?qū)⑵淝贸蛞种破浔磉_(dá)。但是，這一舉措會(huì)使異源簇與宿主不適配的問題更突出，通常不能產(chǎn)生理想的產(chǎn)物或產(chǎn)量很低。主要原因是基因簇未正常轉(zhuǎn)錄，直接過表達(dá)關(guān)鍵基因、更換活性適當(dāng)?shù)膯?dòng)子，可精細(xì)調(diào)控關(guān)鍵基因轉(zhuǎn)錄量使基因簇正常表達(dá)。也可引入供體基因增加前體。此外，異源表達(dá)過程中有時(shí)不會(huì)正確利用底物，引起資源浪費(fèi)，限制合成能力，導(dǎo)致產(chǎn)量降低。引入糾錯(cuò)因子可以阻斷宿主細(xì)胞中的某些基因編碼酶對(duì)異源次級(jí)代謝產(chǎn)物的錯(cuò)誤修飾，可使產(chǎn)物復(fù)性［22］。

2.2 轉(zhuǎn)錄、翻譯水平進(jìn)行調(diào)控

2.2.1 核糖體工程 野生型變鉛青鏈霉菌在正常情況下不會(huì)生產(chǎn)抗生素，但是當(dāng)環(huán)境因素改變導(dǎo)致其核糖體蛋白S12突變后，便能生產(chǎn)大量藍(lán)色的放線紫紅素［23］。通過調(diào)節(jié)核糖體蛋白或rRNA可以顯著改變細(xì)菌基因表達(dá)，最終導(dǎo)致不活躍（沉默）基因的激活。因此，我們的最終目的是開發(fā)“核糖體工程”，以合理的方法充分激發(fā)細(xì)菌的能力。Ochi研究組［24］引出了核糖體工程的概念：微生物在資源耗盡時(shí)會(huì)產(chǎn)生突變，形成耐藥性菌株。該菌株核糖體或RNA聚合酶改變，會(huì)影響蛋白的表達(dá)，最終的影響是出現(xiàn)新的代謝產(chǎn)物或者原有代謝物的分泌量提高。核糖體和 RNA 聚合酶是蛋白質(zhì)合成過程中的兩個(gè)重要部分，如果它們發(fā)生了突變將會(huì)對(duì)次生代謝物的合成帶來深刻的影響［25］。劉華華等［26］通過核糖體工程技術(shù)成功篩選獲得一株耐鏈霉素的阿維拉霉素高產(chǎn)突變菌株S.viridochromogenes gs 77-54，而且對(duì)其遺傳穩(wěn)定性能進(jìn)行測(cè)驗(yàn)，結(jié)果表現(xiàn)出很好地穩(wěn)定性。

2.2.2 干擾蛋白質(zhì)降解系統(tǒng) 催化反應(yīng)的蛋白包括一些轉(zhuǎn)錄因子不能持續(xù)發(fā)揮作用，它們都會(huì)經(jīng)蛋白酶途徑失活，這一過程依賴泛素標(biāo)記的靶蛋白，需要多蛋白COP9信號(hào)復(fù)合物。Jennifer等［27］將構(gòu)巢曲霉作為研究對(duì)象，敲除編碼COP9第5亞基的csnE基因，對(duì)突變體的次級(jí)代謝產(chǎn)物進(jìn)行了研究。研究結(jié)果顯示：有聚酮合成酶的基因被激活并且產(chǎn)生了它的代謝產(chǎn)物DHMBA，除此之外還從突變菌株中發(fā)現(xiàn)了苔色酸。實(shí)驗(yàn)表明，敲除蛋白失活過程中編碼關(guān)鍵蛋白的基因可以阻斷代謝過程中蛋白質(zhì)的降解，可以激活沉默的基因表達(dá)。通過他們的實(shí)驗(yàn)可以預(yù)見，還有更多新的沉默基因以及次級(jí)代謝產(chǎn)物有待發(fā)現(xiàn)［28］。

2.2.3 轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)控 鏈霉菌產(chǎn)生氣生菌絲體和次級(jí)代謝產(chǎn)物的過程由微妙而精確的監(jiān)管系統(tǒng)控制。與真菌一樣，細(xì)菌代謝過程中最常見的是在轉(zhuǎn)錄起始水平的調(diào)節(jié)，在這一過程中，起主要作用的是轉(zhuǎn)錄因子，它們通過結(jié)合DNA上特殊的序列來抑制或激活特定基因的轉(zhuǎn)錄［29］。轉(zhuǎn)錄因子對(duì)基因轉(zhuǎn)錄的起始進(jìn)行調(diào)控，按照調(diào)控作用劃分，轉(zhuǎn)錄因子可分為正調(diào)控因子和負(fù)調(diào)控因子。正調(diào)控因子對(duì)基因簇的轉(zhuǎn)錄起到促進(jìn)作用，而負(fù)調(diào)控因子是相關(guān)基因簇的“絆腳石”，使基因簇關(guān)閉［30］。為了研究 HOS2型酶在曲霉中的作用，Angelo等［31］刪除了 HosA 的編碼序列。將具有缺失結(jié)構(gòu)的單一基因組整合的hosA缺失菌株的孢子接種到瓊脂平板上，并將分別裝載有濃度增加的抗真菌物質(zhì)的條帶施加到平板上。結(jié)果顯示，HosA 缺失菌株在瓊脂平板上和液體培養(yǎng)中有顯著的色素沉著，表明 HosA 可能作為次級(jí)代謝產(chǎn)物的阻遏物。為了證明 HosA 在 烯酸（OA）生物合成基因簇調(diào)控中的作用，研究人員將 HosA 缺失株培養(yǎng) 24、36、48 和 60 h，用 RNA 雜交探針對(duì)烯酸生物合成基因簇聚酮合酶基因 orsA 進(jìn)行 Northern雜交分析。結(jié)果表明HosA 活性抑制烯酸生物合成。但是，與烯酸相比，hosA 缺失對(duì) 青霉素（PN）產(chǎn)生顯著而相反的結(jié)果。因此，轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子也是一種常用的抑制或激活次級(jí)代謝產(chǎn)物的策略。

2.3 表觀遺傳調(diào)控

在DNA 序列不變的情況下改變基因表達(dá)或使其沉默，這種策略稱表觀遺傳調(diào)控。由于真核生物具有染色體結(jié)構(gòu)，染色質(zhì)纏繞而導(dǎo)致生物合成基因簇處于沉默狀態(tài)，通過打開染色體的螺旋結(jié)構(gòu)，使染色質(zhì)處于“蓬松”狀態(tài)，進(jìn)而解除生物合成基因簇的“沉默禁令”。LaeA就通過染色體重塑解除沉默禁令的信號(hào)。LaeA攜帶S-腺苷-L-蛋氨酸（SAM）結(jié)合域，SAM結(jié)構(gòu)域識(shí)別甲基轉(zhuǎn)移酶的特征，將甲基從普遍存在的SAM轉(zhuǎn)移到氮原子、氧原子或碳原子。這種反應(yīng)經(jīng)常用于所有門的生物體中，不僅修飾蛋白質(zhì)，還修飾DNA、RNA和小分子。作為一種全局性調(diào)控因子，LaeA廣泛存在于絲狀真菌中。除了采用分子遺傳學(xué)手段控制LaeA的表達(dá)，目前經(jīng)常使用抑制劑抑制表觀遺傳修飾酶的表達(dá)［32］。Willams等［33］利用化學(xué)表觀遺傳學(xué)方法，在枝孢菌的培養(yǎng)中加入5-氮胞苷，進(jìn)而得到氧化脂質(zhì)。Henrikson 等［34］在黑曲霉的發(fā)酵過程中添加脫乙酰酶抑制劑SAHA，意外獲得了新的化合物 nygerone A。對(duì)黑曲霉進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，36%的黑曲霉BGCs的轉(zhuǎn)錄被脫乙酰酶抑制劑SAHA顯著上調(diào)，說明染色質(zhì)重塑在激活沉默基因簇中的潛力［35］。

2.4 代謝調(diào)控技術(shù)

代謝調(diào)控就是通過對(duì)DNA進(jìn)行有目的改造，對(duì)體內(nèi)的代謝網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行精密調(diào)控，實(shí)現(xiàn)菌體性能的提高、其他大分子裝配等的過程。為提高鏈霉菌中聚酮類化合物的效價(jià)，研究人員設(shè)計(jì)了一個(gè)動(dòng)態(tài)降解三酰甘油（ddTAG）的策略，來高效利用三酰甘油以增加聚酮的生物合成。將sco6196基因置于cumate誘導(dǎo)啟動(dòng)子的控制下，以生成ddTAG模塊，從而能夠選擇性地控制TAG降解的時(shí)間和強(qiáng)度。將ddTAG質(zhì)粒轉(zhuǎn)化到M145以產(chǎn)生菌株M145-DT，發(fā)現(xiàn)使用誘導(dǎo)劑調(diào)節(jié)TAG降解可增加放線菌素的效價(jià)。對(duì)這一現(xiàn)象的合理解釋是TAG的合理流通可以提供并將更多的碳通量轉(zhuǎn)向放線菌素合成。ddTAG的應(yīng)用使阿維菌素B1a在工業(yè)規(guī)模發(fā)酵中的效價(jià)提高了50%，達(dá)到9.31 g/L［36］。在鏈霉菌中，脂肪酸和聚酮類化合物的合成共用前體乙酰CoA，因此會(huì)發(fā)生底物的競(jìng)爭(zhēng)。有研究表明，在鏈霉菌中有兩種中心碳代謝酶通過復(fù)制被擴(kuò)增，它們分別是磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶，并且對(duì)著兩種酶進(jìn)行詳細(xì)的遺傳和生化分析，發(fā)現(xiàn)這兩種酶的缺失突變體表現(xiàn)出抗生素生產(chǎn)過剩的表型。這表明初級(jí)代謝的精細(xì)平衡受到干擾會(huì)影響前體的供應(yīng)和應(yīng)激反應(yīng)。因此，通過代謝干擾可增強(qiáng)主要代謝底物的供應(yīng)，脂肪酸生物合成的抑制被作為一種促進(jìn)聚酮類次級(jí)代謝產(chǎn)物合成的途徑［37］。上述兩個(gè)例子，都是通過調(diào)控代謝過程，改變了碳的流通，將碳源集中分配，在保證不破壞其他關(guān)鍵途徑的前提下，以提高目標(biāo)產(chǎn)物產(chǎn)量為最終目標(biāo)。

2.5 調(diào)整培養(yǎng)條件

微生物易受培養(yǎng)條件的影響，如培養(yǎng)基組成、溫度、pH 值、金屬離子、氧氣濃度、鹽度、培養(yǎng)狀態(tài)、生物合成前體等，這些因素的調(diào)整必定會(huì)引起酶活性的改變，可能導(dǎo)致與之相關(guān)的次級(jí)代謝物多樣性的改變。因此在微生物賴以生存的培養(yǎng)基上進(jìn)行研究，就能產(chǎn)生新類型的次級(jí)代謝產(chǎn)物的出現(xiàn)或者已知次級(jí)代謝產(chǎn)物產(chǎn)量增加的結(jié)果。一株海洋衍生菌株 Ascotricha sp.ZJ-M-5 在由海鹽組成的富營(yíng)養(yǎng)化培養(yǎng)基中培養(yǎng)時(shí)，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生了一種新的三萜類化合物（119）和一種新的環(huán)烯醚衍生物（120）。然而，在改良的 Czapek-Dox 培養(yǎng)基中檢測(cè)到3種新的石竹烯衍生物（121-123），而在沒有 Mg2+的發(fā)酵液中沒有化合物122［38］。這種方法相對(duì)經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)單但結(jié)果卻有多種可能，起到的是“牽一發(fā)動(dòng)全身”的作用，不能確定因某一條件的改變引起的基因簇的變化，盲目性強(qiáng)。因此對(duì)后面比較分析代謝譜造成困難，對(duì)基因組信息有缺漏或沒有測(cè)序的次生代謝產(chǎn)物的發(fā)現(xiàn)有幫助。低濃度抗生素、信號(hào)分子的添加［39］也是從這種方法中衍生出來的。

2.6 微生物共培養(yǎng)

在一種培養(yǎng)基中，一個(gè)菌株與另一個(gè)菌株之間的關(guān)系可能是競(jìng)爭(zhēng)性的、對(duì)抗性的或友好的。兩個(gè)或兩個(gè)以上菌株的共培養(yǎng)通常對(duì)提高已知化合物的產(chǎn)量或積累在無菌培養(yǎng)中未檢測(cè)到的隱匿化合物具有積極作用。土壤放線菌 S.coelicolor 與珊瑚球菌共培養(yǎng)時(shí)，可顯著提高紅色化合物十一肽的產(chǎn)量。一株陸地細(xì)菌Tsukamurella pulmonis TP-B0596 與一株鏈霉菌 NZ-6 共培養(yǎng)，刺激了3種前所未有的雙環(huán)和三環(huán)大內(nèi)酰胺的新代謝物的產(chǎn)生。兩種海綿源放線菌Nocardiopsis sp.RV163和放線菌EG49 的共培養(yǎng)，誘導(dǎo)了10種化合物，包括二酮哌嗪、安古霉素和β-卡波林衍生物，而在單一培養(yǎng)中僅分離出3種天然產(chǎn)物。一種真菌菌株土曲霉與銅綠假單胞菌共培養(yǎng)時(shí)，可產(chǎn)生兩種新的莽草酸類似物和4種新的丁烯內(nèi)酯衍生物，而這些化合物均未在無菌培養(yǎng)基中被發(fā)現(xiàn)［38］。微生物為了有限的資源，如空間或營(yíng)養(yǎng)物而相互競(jìng)爭(zhēng)。某些細(xì)菌可產(chǎn)生對(duì)其他微生物有毒的分子，使自己具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。這些有毒分子通常被稱為抗生素，然而，一些細(xì)菌可利用抗生素作為化學(xué)信號(hào)來調(diào)節(jié)它們的活動(dòng)進(jìn)而產(chǎn)生其他類型的產(chǎn)物［40］。雖然這種方法有效，但是同OSMAC策略一樣也具有一定的盲目性，兩株菌相互作用，其應(yīng)激反應(yīng)產(chǎn)生的物質(zhì)作用在彼此身上并且體現(xiàn)在最后的產(chǎn)物上，我們不能摸清楚是哪種分子發(fā)揮作用。

3 結(jié)語

微生物次級(jí)代謝產(chǎn)物在農(nóng)業(yè)、食品和醫(yī)療等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，具有很大的商業(yè)價(jià)值，因此提高次級(jí)代謝產(chǎn)物的產(chǎn)量將會(huì)創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，挖掘新的次級(jí)代謝產(chǎn)物也會(huì)對(duì)新藥的開發(fā)起到極大的推動(dòng)作用。生物學(xué)的發(fā)展，既豐富了我們的理論依據(jù)，也為我們帶來了新技術(shù)和新工具，微生物基因組測(cè)序和相關(guān)的生物信息工具的發(fā)展讓我們看到了挖掘新的次級(jí)代謝產(chǎn)物的前景。若這些沉默的基因簇全部被激活，次級(jí)代謝產(chǎn)物的數(shù)量將會(huì)以指數(shù)形式進(jìn)行增長(zhǎng)。上述挖掘新的次級(jí)代謝產(chǎn)物、提高微生物次級(jí)代謝產(chǎn)物的產(chǎn)量的策略中，歸根結(jié)底都是為了激活沉默的微生物次級(jí)代謝產(chǎn)物BGCs。只不過有的方法起到的是全域性調(diào)節(jié)，有的方法是針對(duì)具體的基因進(jìn)行調(diào)控。近來，代謝組學(xué)迅速發(fā)展，我們對(duì)微生物體內(nèi)的代謝網(wǎng)絡(luò)認(rèn)識(shí)的越來越清楚。了解從初級(jí)代謝到次級(jí)代謝的轉(zhuǎn)變可以幫助制定策略，通過調(diào)控代謝過程使資源更多、更集中的流向目標(biāo)產(chǎn)物。未來可以將傳統(tǒng)的代謝工程技術(shù)與更復(fù)雜的合成代謝工程相結(jié)合，運(yùn)用系統(tǒng)生物學(xué)和進(jìn)化工程可極大地促進(jìn)所需和有價(jià)值的代謝物的產(chǎn)生?；蚪M測(cè)序和DNA合成成本的降低，以及用于BGCs克隆和重構(gòu)的許多有效遺傳工具出現(xiàn)，基因編輯技術(shù)迅速崛起，CRISPR-Cas9系統(tǒng)正在成為一個(gè)新興的基因組編輯平臺(tái)，結(jié)合生物信息學(xué)、合成生物學(xué)、代謝組學(xué)等技術(shù)，通過對(duì)細(xì)胞內(nèi)代謝網(wǎng)絡(luò)的深刻認(rèn)識(shí)，相信微生物次級(jí)代謝產(chǎn)物BGCs的挖掘在后基因組時(shí)期將會(huì)進(jìn)入一個(gè)黃金時(shí)代。