粘质沙雷氏菌合成灵菌红素研究进展
摘 要：灵菌红素(prodigiosin, PG)在药物开发、环境治理、和染料制备等领域有巨大的应用前景。当前粘质沙雷氏菌( Serratia marcescens) 是研究灵菌红素合成和调控机制的模式菌株，对粘质沙雷氏菌产灵菌红素的机制的了解有助于对灵菌红素产量的控制及作用机理具有推动作用。本文从灵菌红素的性质与作用、粘质沙雷氏菌产灵菌红素的机制、粘质沙雷氏菌转座子挑选、细菌转化方法等方面的国内外研究进展做相关阐述，为粘质沙雷氏菌突变体文库的构建及产灵菌红素的机理的阐述打下基础。
关键词：粘质沙雷氏菌,灵菌红素,转座子,转化
A Review of Studies on the Molecular Mechanism of Prodigiosin Biosythesis by Serratia marcescens
Abstract: Prodigiosin(PG) is of great potential value on drug development, environmental regulation, food coloring, etc. Serratia marcescens is the model for studying the molecular mechanism of PG biosynthesis. The understanding of PG biosynthesis mechanism will help regulate PG biosynthesis on demand. This article elaborate domestic and foreign research progress from the properties of PG, the molecular pathway and regulations of PG biosynthesis, transposons selection for S. marcescens, transformations methods for S. marcescens and other aspects.
Keywords: Serratia marcescens, prodigiosin, transposons, transformation
1 灵菌红素的发现及利用
1.1 灵菌红素的结构和性质
灵菌红素 (prodigiosins, PG) 是一类脂溶性天然红色素的总称, 通常都有3个吡咯环组成的甲氧基吡咯骨架结构, 1929年由Amak等研究Serratia生长时发现, 主要包括灵菌红素 (prodigiosin, PG) 、间环丙菌素 (metacycloprodigiosin, MPG) 、十一烷基灵菌红素 (undecylprodigiosin, UPG) 、壬烷基灵菌红素 (nonylprodigiosin, NPG) 、环丙烷灵菌红素 (cycloprodigiosin, CPG) [1]；袁保红等[2]于2005年分析过一株海洋细菌所产的灵菌红素的性质，表名该色素溶于酸性和碱性溶液, 易溶解于吡啶、甲醇、乙醇、丙酮等极性较大的溶剂, 不溶于石油醚、乙酸乙酯、氯仿、乙醚等极性较小的溶剂。在不同pH条件下色素的变色范围大致为:pH 1.0紫色——5.0紫红色——7.0红紫色——9.0浅紫——13.0无色；该色素能在酸性环境中保持较长的时间, 在pH 3.0左右时稳定性最好,色素能够在较长时间内保持稳定,而在碱性条件下,PG色素损失较大,在pH9.0时,色素很快发生变化Al3 、Ca2 、K 、Ba2 等金属离子对色素稳定性没有多大的影响, Zn2 对该色素有增色作用, Mg2 和Mn2 对该色素有一定的破坏作用。Pb2 可以络合色素, 使之成为沉淀；该色素的热稳定性比较好，在40 ℃以下其含量损失比较少;在100 ℃水浴1 h后其残存率约为83%。
1.2 灵菌红素的价值
灵菌红素具有多种生物学活性。灵菌红素在医学上具有抗肿瘤作用，并能作为免疫抑制剂以抑制器官移植产生的排异反应, Ramin Hassankhani等[3]于2014年用含有PG的培养基培养人直肠腺癌细胞HT-29，发现PG显著降低了HT-29细胞的存活率，同时能显著抑制其增殖，并能引起HT-29细胞凋亡；灵菌红素还具有抗菌作用，孙诗清等[4]于2012年通过平板抑菌圈法定性测定灵菌红素的抑菌性，表明灵菌红素对枯草芽孢杆菌、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌具有良好抗性；灵菌红素还具灭蚊活性，Patil等于2011年用含有500ppm灵菌红素粗提取物的营养液分别培养第二、三、四龄期的埃及伊蚊(Aedes aegypti) 幼虫48小时, 其中二、三龄期幼虫死亡率100%，而第四时期幼虫存活率仅为7.5%[5]。在环境治理方面，灵菌红素对藻类的生长有明显的抑制作用，在治理由藻类引发的海洋赤潮和淡水水华等方面有极佳效果，卢青青[6]于2012年用2.50、5.00mu;g/mL灵菌红素染毒铜绿微囊藻细胞后，其细胞膜等完整性受到了不同程度的损伤，抑制其增殖; 灵菌红素同样能作为一种天然红色素能用于染色，孙诗清等[4]于2012年测试出灵菌红素对真丝的上染率约为80%，并且使被染织物带有一定的抗菌性。
1.3 产灵菌红素的微生物
自然界中能合成天然色素的微生物很多,但是产灵菌红素的微生物种类并不多,主要包括沙雷氏菌属Serratia、河氏菌属Hahella、假单胞菌属Pseudomonas、弧菌属Vibrio等。其中研究最广泛的是粘质沙雷氏菌Serratia marcescens,该菌又名灵杆菌,是一种常见的革兰氏阴性杆菌。除S.marcescens外,还有多种海洋微生物也具有产灵菌红素的能力，但海洋微生物的灵菌红素产量普遍低于S.marcescens,因此,S.marcescens是目前发酵法生产灵菌红素的首选微生物[7]。
