纳他霉素概述.doc

第一章 纳她霉素概述纳她霉素早在1955年被Struyk等人发现，她们从南非纳她州的土壤中分离到的纳塔尔链霉菌（Streptomyces natalensis）培养液中分离出了一种新的抗真菌物质，当时称为Pimaricin（匹马菌素）；4年后美国人Burns等从土壤中分离到了一株恰塔努加链霉菌Streptomyces chattanoogensis，并从其培养物中分离到了Tennecetin（田纳西菌素）此后的研究证明匹马菌素和田纳西菌素为同一物质，并被世界卫生组织WHO统一命名为纳她霉素（Natamycin）第一节 纳她霉素的性质一、纳她霉素的分子构造纳她霉素为四烯大环内酯，四烯系统呈全顺式，内酯环上C9－C13部位为半缩醛构造，具有一种由糖苷键连接的碳水化合物基团，即氨基二脱氧甘露糖（Mycosamine）其化学构造式如图1-1所示纳她霉素是两性物质，分子中具有一种碱性基团和一种酸性基团，其电离常数pKa值分别为8.35和4.6，等电点为6.5，熔点为280℃纳她霉素存在两种构型：烯醇式和酮式，这就使得其难溶于多种溶剂 图1-1 纳她霉素的分子构造二、纳她霉素的理化性质纳她霉素是一种多烯大环内酯类抗真菌物质，呈白色或乳白色结晶粉末，含3个结晶水，几乎无臭无味。

分子式为C33H47NO13，分子量为665.75纳她霉素的紫外光谱如图1-2所显示，分别在290nm、303nm、318nm处有强吸取峰，280nm处有峰肩，220nm处有宽峰由于纳她霉素具有四烯环，因此在280～320nm之间浮现吸取峰，而在220nm的最大吸取是由于纳她霉素具有发色团纳她霉素的四烯发色团给分子一种高不饱和特性，可与溴和含活性氧的化合物如高锰酸钾、高硫酸盐及过氧化物互相作用；另一方面，它以环氧族形式保持弱氧化性，纳她霉素在冰醋酸中用热的碘化物解决后会析出碘纳她霉素酸解可以释放出海藻糖氨，内酯可以通过 图1-2 纳她霉素的紫外光谱碱水解作用皂化纳她霉素在水中或低档醇中的溶解性随着pH的减少或升高而增长，中性时溶解度最低，而在pH低于3或高于9时溶解度增大纳她霉素在多种常用溶剂中的溶解度如表1-1所示表1-1 纳她霉素的溶解度溶剂溶解度%水0.005~0.01乙醇0.01乙醇80%+水20%0.07甲醇3.3丙二醇1.4~2.0甘油1.5二甲基亚砜5.0冰醋酸18.5纳她霉素干粉在避光避潮下较稳定，室温下保存几年只有很小一部分失活其三水合物同样稳定，但其无水形式不稳定，在室温封闭的瓶子中保存48小时失去15%的活性。

中性的纳她霉素水溶液几乎和干粉同样稳定纳她霉素的稳定性受pH值、温度、光照、氧化剂和重金属等条件的影响纳她霉素在pH4.5～9之间非常稳定，在极端pH值下纳她霉素迅速失活，形成不同的分解产物低pH值时其重要的裂解产物是海藻糖胺；高pH值时，如pH12，由于内酯皂化可形成纳她霉酸，用强碱解决导致进一步分解，产生一系列的后醛醇反映pH对纳她霉素的抗真菌活性没有明显的影响纳她霉素在pH5~7的范畴内，30℃储存三周，其活性仍保持100%，pH3.6时保持大概85%，pH9.0时大概为75%，但在大部分食品所在的pH范畴内，纳她霉素十分稳定纳她霉素的稳定性好，50℃放置几天或100℃短时解决，其活性几乎无损失120℃条件下加热不超过1h仍能保持部分活性纳她霉素在紫外光下分解，失去四烯构造γ辐射也能使纳她霉素分解纳她霉素不适宜与氧化剂如过氧化氢、漂白粉等接触，否则抑菌活性会明显下降某些金属离子可以增进纳她霉素的氧化失活，特别是铁、镍、铅、汞等重金属因此，纳她霉素合适寄存在玻璃、塑料或不锈钢容器中，也可以添加EDTA或聚磷酸盐来避免失活第二节 纳她霉素的生理功能和毒理性一、纳她霉素的抑菌功能纳她霉素是一种广谱抗生素，对霉菌、酵母菌、某些原生动物和某些藻类有克制作用（表1－2），但对细菌没有克制。

纳她霉素的抑菌机理一般觉得是：真菌的细胞膜具有麦角固醇，而细菌细胞膜中不含这种物质，多烯大环内酯类抗生素能有选择的和固醇结合，结合的限度与膜的固醇含量成正比，结合后形成膜-多烯化合物，引起细胞膜构造的变化，导致细胞膜渗入性的变化，导致细胞内物质的泄漏纳她霉素对于克制正在繁殖的活细胞效果较好，而对于休眠细胞则需要较高的浓度纳她霉素对真菌孢子也有一定的克制效果有人测试过纳她霉素对500种霉菌的抗性，所有菌种都被1～10mg/L的纳她霉素克制Klis比较了纳她霉素、山梨酸、放线菌酮、制霉菌素、龟裂霉素等的抑菌效果，发现纳她霉素对16种在肉汤和琼脂中培养的霉菌是最有效的克制剂，绝大多数霉菌在0.5～6mg/L的纳她霉素浓度下被克制，极个别霉菌在10～25mg/L的纳她霉素浓度下被克制，1.0～5.0mg/L的纳她霉素能克制多数酵母表1-2 纳她霉素对常用微生物的克制作用微生物名称MIC（mg/L）梨头霉菌25.0链格孢菌10.0黑曲霉5.0灰质葡萄孢菌1.0镰刀菌10.0蜂毛霉菌5.0乳念珠菌10.0指状青霉菌5.0膨大青霉菌10.0青霉菌1.0根霉菌5.0细小红色根隐球菌5.0啤酒酿酒酵母菌5.0镰刀麦角菌3.0红色凸孢子菌5.0伯克力孢子酿酒酵母5.0酒香酵母菌1.5白色念珠菌1.5~2.0吉利蒙氏念珠菌3.00维尼氏念珠菌1.00多形汉逊氏酵母菌1.00针峰状克勒克氏酵母菌3.00贝尔氏酿酒酵母菌1.00拜也努氏酿酒酵母菌1.00啤酒酿酒酵母菌（8021）2.50啤酒酿酒酵母椭圆形变种2.50少孢酿酒酵母2.50路德维希氏酿酒酵母菌2.50鲁氏酿酒酵母菌5.00萨克氏酿酒酵母菌5.00念珠样串酵母菌2.00凝聚孔串酵母菌3.00二、纳她霉素的毒理性纳她霉素无毒，并且不致突变、不致癌、不致畸、不致敏。

人体口服500mg纳她霉素后，在血液中的含量少于1mg/mL，即阐明纳她霉素很难被动物或人体的肠胃吸取有研究表白，奶牛食入的高剂量的纳她霉素，约90%经粪便排出急性和慢性毒性实验证明，纳她霉素对人体器官没有明显影响，不产生伤害Hamilton报道纳她霉素口服毒性最小，静脉注射毒性极大De等人研究了真菌对纳她霉素形成抗性的也许性，在持续几年使用纳她霉素的食品仓库中，没有发现真菌形成抗性的证据，使用不小于MIC(最低有效克制浓度)的纳她霉素量，人为诱导也没有发现真菌形成抗性的证据Ray等人报道纳她霉素能减少黄曲霉产生的黄曲毒素、赭曲霉产生的赭曲毒素、圆弧青霉产生的青霉酸、展开青霉产生的展开青霉素经卫生学调查和皮肤斑点实验，表白纳她霉素无过敏性反映经降解解决后的纳她霉素在急性毒理、短期毒性实验中均无对动物的损害耐药性的研究表白，未见有霉菌和酵母对纳她霉素有异常的耐药性美国FDA建议纳她霉素作为食品添加剂使用的抗生素，还被归类为GRAS产品之列国内于1996年由食品添加剂委员会对纳她霉素进行评价并建议批准使用，现已列入食品添加剂使用原则，其商品名称为霉克（NatamaxinTM）美国CFR编码：21CFR172.155，其中对纳她霉素的DAI值是0.3mg/kg，根据国内《食品添加剂使用卫生原则》（GB2760）规定，食物中最大残留量是10mg/kg，而纳她霉素在实际应用中的使用量为微克级。

第三节 纳她霉素发酵的国内外发展动向早在1960年已有发酵生产纳她霉素的报道但直到20世纪九十年代，纳她霉素的生产研究才重新受到关注期间，有关纳她霉素发酵与提取等方面均有了进一步的研究目前，国外对纳她霉素产生菌基因工程方面的研究已经起步1999年Aparicio等人研究了纳她霉素产生菌纳塔尔链霉菌的生物合成基因簇，染色体组涉及110Kb碱基对她们还报道了由功能基因分隔的两个亚簇编码的聚酮合酶基因组，涉及两个重要的基因pimS0和pimS1，pimS0编码一种相对较小的乙酸激活聚酮合酶（PKS）基因（大概193kDa），pimS1编码一种巨大的多酶基因（大概710kDa）Aparicio等人报道了纳塔尔链霉菌的一种含16个开放读码框（表1-3），84985bp基因簇的序列，它是继制霉菌素后报道的第二个多烯大环生物合成基因簇，它编码聚酮合酶（PKS）的13个同源酶基因，PKS被分派在五个巨大的多酶系统中（PIMS0-PIMS4）同年，Marta等人又研究报道了纳塔尔链霉菌中的一种隐蔽质粒pSNA1的基因图谱和所有核苷酸序列，DNA分子大小9367bp，G+C的含量占71.3%，拷贝数30。

pSNA1涉及七个开放阅读框，分别编码不同的蛋白质Marta等人报道了从纳塔尔链霉菌中获得的目的基因片段pimD，它编码细胞色素P450环氧酶，负责将4,5-去环氧匹马霉素（4,5-de-epoxypimaricin）转变成匹马霉素4,5-去环氧匹马霉素是一种生物活性物质，是从纳她霉素产生菌纳塔尔链霉菌的一种重组突变体中分离得到的表1-3 纳她霉素生物合成基因簇ORFs及构造域ORFs多肽氨基酸构造域pimS0PIMS01847PKSloadingCol组件0KS*AtaACPpimS1PIMS16797PKS组件1KSAtaKRACP组件2KSAtaDHKRACP组件3KSAtaDHKRACP组件4KSAtaDHKRACPpimS2PIMS29507PKS组件5KSAtaDHKRACP组件6KSAtaKRACP组件7KSAtbKRACP组件8KSAtaKRACP组件9KSAtaKR*ACP组件10KSAtaKRACPpimS3PIMS31808PKS组件11KSAtaDHKRACPpimS4PIMS42024PKS组件12KSAtaDHKRACP TEpimAPimA602转运ABCpimBPimB626转运ABCpimCPimC352氨基转移酶pimDPimD397细胞色素P—450单氧化酶pimEPimE549胆固醇氧化酶pimFPimF63铁氧还蛋白pimGPimG398细胞色素P—450单氧化酶pimHPimH432流量泵pimIPimI255硫酯酶pimJPimJ343糖脱氢酶pimKPimK458糖基转移酶第二章 纳她霉素的发酵生产第一节 纳她霉素的生物合成途径多烯大环内酯抗生素的生物合成途径可以分为。