CN108441427B - 一种节菱孢属真菌及其生产的吡啶酮生物碱类化合物 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种节菱孢属真菌Arthriniumsp.JUNMF0008,保藏于中国普通微生物菌种保藏管理中心,保藏号为CGMCC No.15363;所述的节菱孢属真菌及其发酵产物可用于生产抗菌药物。本发明还提供了一种上述节菱孢属真菌产生的吡啶酮生物碱类化合物,其结构通式如下所示:
Figure 100004_DEST_PATH_IMAGE002
其中,R1为羟基(‑OH),R2为H;或R1与R2共同代表‑O‑;R3或R4分别独立地选自H,羟基(‑OH);R5选自H,羟基(‑OH),甲氧基(‑OCH3);R6选自H,羟基(‑OH),甲氧基(‑OCH3);或R6与R3共同代表C‑C。

Description

一种节菱孢属真菌及其生产的吡啶酮生物碱类化合物
技术领域
本发明属于天然产物药物领域,具体涉及一种可生产吡啶酮生物碱类化合物的节菱孢属真菌。
背景技术
抗生素耐药性已经成为威胁人类健康的全球性问题,据统计,到2050年,全球因抗生素耐药性感染造成的死亡人数将达到每年1000万,因此,人类对新型抗生素的需求越来越迫切。海洋真菌能够产生丰富多样的活性先导化合物,在抗菌活性化合物的发现方面已经发挥了独特的作用。节菱孢属真菌是一类广泛分布的微生物,并且已经报道能够产生结构多样的活性代谢产物,例如抗菌、细胞毒、抑制乙酰胆碱酯酶、抑制合胞体形成等。因此,从海洋来源节菱孢属真菌中挖掘具有抗菌活性的代谢产物对于新型抗生素的研发具有重要意义。
发明内容
针对目前新抗菌活性化合物缺乏等问题,本发明提供一种节菱孢属真菌(Arthriniumsp. JUNMF0008),其发酵产物对革兰氏阳性菌具有活性。
本发明的另一目的是提供一种节菱孢属真菌发酵物中分离的具有抗菌活性的吡啶酮生物碱类化合物及其制备方法。
为实现上述目的,本发明采用如下技术方案。
一种节菱孢属真菌Arthriniumsp. JUNMF0008,保藏于中国普通微生物菌种保藏管理中心(CGMCC),保藏号:CGMCC No. 15363。
一种节菱孢属真菌Arthriniumsp. JUNMF0008及其发酵产物在生产抗菌药物中的应用。所述抗菌药物包括但不限于抗革兰氏阳性菌药物。所述节菱孢属真菌Arthriniumsp.JUNMF0008培养后可产生发酵产物,所述发酵产物中含有抗菌物质,其发酵液可用于生产抗菌药物。
一种上述节菱孢属真菌Arthriniumsp. JUNMF0008产生的吡啶酮生物碱类化合物,其结构通式如式(I)所示:
Figure DEST_PATH_IMAGE001
(I);
其中,
R1为羟基(-OH),R2为H;或R1与R2共同代表-O-;
R3或R4分别独立地选自H,羟基(-OH);
R5选自H,羟基(-OH),甲氧基(-OCH3);
R6选自H,羟基(-OH),甲氧基(-OCH3);或R6与R3共同代表C-C。
优选地,上述吡啶酮生物碱类化合物的结构式为:
Figure DEST_PATH_IMAGE002
Figure DEST_PATH_IMAGE003
(a) (b)
Figure DEST_PATH_IMAGE004
Figure DEST_PATH_IMAGE005
(c) (d)。
一种上述吡啶酮生物碱类化合物的制备方法,包括以下步骤:
(1)节菱孢属真菌Arthriniumsp. JUNMF0008接种培养基,固态发酵获得发酵物;
(2)步骤(1)中的发酵物以有机溶剂提取后回收有机溶剂,剩余水相以乙酸乙酯萃取,全部除去乙酸乙酯获得提取物;
(3)将步骤(2)中的提取物依次用正相硅胶柱A以二氯甲烷-甲醇梯度洗脱,所得活性馏分再用正相硅胶柱B以二氯甲烷-丙酮洗脱,所得活性馏分再用MCI柱(小孔树脂凝胶柱)以甲醇-水洗脱,所得活性馏分再用Sephedex(葡聚糖凝胶)柱以二氯甲烷-甲醇洗脱,所得活性馏分再用反相C18柱高效液相分离。
所述固态发酵的培养基为大米培养基,将大米80 g,酵母浸膏0.4 g,葡萄糖0.4g,海盐3.6 g,加入无菌水120 mL后灭菌制得。所述培养条件为28℃,培养时间为30天。
所述固态发酵的接种量为大米培养基中大米重量的10-15%。
所述节菱孢属真菌Arthriniumsp. JUNMF0008的种子液为液态发酵获得。所述培养条件为28℃,培养时间为72h。所述种子培养基,每升中含葡萄糖10 g,可溶性淀粉10 g,MgSO4 1 g,KH2PO4 1 g,蛋白胨1 g,海盐 30 g。
所述步骤(2)中的有机溶剂选自95%(v/v)乙醇、甲醇或85%(v/v)丙酮;优选为95%(v/v)乙醇。
所述步骤(3)中正相硅胶柱A中填料的细度为100-200目。所述正相硅胶柱B中填料的细度为200-300目。所述MCI柱填料粒径为120μm。Sephedex柱为Sephedex LH-20。
所述梯度洗脱中二氯甲烷与甲醇体积比为100:0到0:100。
一种上述化合物在作为抗菌药物中间体或制备抗菌药物的用途。
一种含有上述化合物的抗菌药物。所述抗菌药物还包括医学上可接受的辅料。所述抗菌药物还可以包括其他有效成分,以扩大杀菌谱或增强杀菌效果。
本发明具有以下优点:
本发明的吡啶酮生物碱类化合物可以通过Arthriniumsp. JUNMF0008的发酵提取分离获得,能够抑制革兰氏阳性菌mycobacterium smegmatis ATCC 607 或Staphylococcus aureus ATCC 25923的生长,在制备抗菌药物发面具有应用潜力。
附图说明
图1为菌种JUNMF0008培养物图片;
图2为4种吡啶酮生物碱类化合物的ECD谱图。
菌种保存信息
本发明的Arthriniumsp. JUNMF0008于2018年2月8日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心(CGMCC),地址:北京市朝阳区北辰西路1号院3号,中国科学院微生物研究所,保藏号:CGMCC No. 15363。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明做进一步说明,但本发明不受下述实施例的限制。实施例中的实验方法,如无特别说明,均采用本领域常规技术,实验试剂均为商业购买。
实施例1 菌种的分离纯化与鉴定。
从南海海域采集海底泥,经分离纯化获得菌种Arthriniumsp. JUNMF0008,其典型培养物图片如图1所示:菌落呈圆形,菌丝白色至淡黄色。经ITS rDNA检测,与Gene Bank中节菱孢属真菌的Arthrinium sp. zzz1842同源性为100%,鉴定为Arthrinium sp.属真菌。
实施例2 发酵物的抗菌活性。
种子培养基的配制方法:葡萄糖10 g,可溶性淀粉10 g,MgSO4 1 g,KH2PO4 1 g,蛋白胨1 g,海盐 30 g,用水定容到1 L。将淀粉培养基装入20个500 mL的三角烧瓶中,每瓶约150 mL,在121℃高压蒸汽灭菌25分钟,备用。
大米培养基配置方法:将市售大米80 g,酵母浸膏0.4 g,葡萄糖0.4 g,无菌水120mL,海盐3.6 g置于1 L三角瓶中,共60瓶。121℃高压蒸汽灭菌25分钟,备用。
用竹签挑取适量的真菌Arthrinium sp. JUNMF0008菌种接种入种子培养基中,28℃摇床(180 rpm)培养3天得到种子液,然后用移液枪接种10 mL种子液到1 L的装有大米培养基的三角烧瓶中,于28℃静置培养30天后,收取发酵的培养基。
将发酵的大米培养基用95%乙醇浸泡,浸取液回收乙醇后剩余水相,再用乙酸乙酯进行萃取,减压浓缩得到乙酸乙酯提取物作为粗提物。以纸片扩散法测定对Mycobacterium smegmatis ATCC607和Staphylococcus aureus ATCC25923的抗菌活性:分别将Mycobacterium smegmatis ATCC607和Staphylococcus aureus ATCC25923接种到LB液体培养基中37 °C摇床(180rpm)培养24小时,然后通过麦氏比浊法,用LB液体培养基将培养液的菌种浓度稀释到约108 cfu/mL备用;在50-60 °C时,每20ml无菌LB固体培养基中加入40μL上述菌种稀释液后迅速倒入直径为9cm的灭菌培养皿中,待平板冷却后,将6mm的无菌纸片(含50μg待测样品)置于上述平板中37°C培养18小时,观察抑菌圈大小。
实验结果显示,Arthrinium sp. JUNMF0008的大米培养乙酸乙酯粗提取物在50μg/纸片的浓度下能够抑制Mycobacterium smegmatis ATCC607和Staphylococcus aureusATCC25923的生长,抑菌圈分别为7.8mm和8.5mm。
实施例3 吡啶酮生物碱类化合物的制备。
按照实施例2的方法获得4.8 kg发酵大米培养基,将大米培养基用95%乙醇浸泡、浸取液回收乙醇后剩余水相再用乙酸乙酯进行萃取,减压浓缩得到乙酸乙酯提取物80g。乙酸乙酯提取物用正相硅胶(100-200目)进行柱层析,以二氯甲烷-甲醇作为洗脱剂,从体积比100:0 到0:100进行梯度洗脱,根据薄层层析情况合并各个流份,回收洗脱溶剂,获得10个馏分(Fr.1-Fr.10)。
Fr.7进一步以二氯甲烷-丙酮作为洗脱剂进行正相硅胶(200-300目)柱层析,根据薄层层析情况合并各个流份,回收洗脱溶剂,获得3个馏分(Fr.7-1-Fr.7-3)。组分Fr.7-2以甲醇-水作为洗脱剂进行MCI柱(小孔树脂凝胶柱)层析分离,根据薄层层析情况合并各个流份,回收洗脱溶剂,获得4个馏分(Fr.7-2-1-Fr.7-2-4)。组分Fr.7-2-4通过凝胶(sephedex葡聚糖凝胶LH-20,流动相为体积比1:1的二氯甲烷-甲醇)进一步纯化,根据薄层层析情况合并各个流份,回收洗脱溶剂,获得进一步纯化的组分Fr.7-2-4-1和Fr.7-2-4-2。组分Fr.7-2-4-2采用高效液相半制备(色谱柱为YMC-Pack ODS-A 10 mm×250 mm,流速为2.5mL/min,检测波长254 nm,流动相为体积比为71:29的甲醇-水)在出峰时间为22.2 min时分离纯化得到化合物b(2.8 mg),出峰时间为32.3 min时分离纯化得到化合物a(1.6 mg),出峰时间为48.3 min时分离纯化得到化合物c(2.5 mg)。
Fr.8进一步以二氯甲烷-丙酮作为洗脱剂进行正相硅胶(200-300目)柱层析,根据薄层层析情况合并各个流份,回收洗脱溶剂,获得8个馏分(Fr.8-1-Fr.8-8)。组分Fr.8-2以甲醇-水作为洗脱剂进行MCI柱层析分离,根据薄层层析情况合并各个流份,回收洗脱溶剂,获得4个馏分(Fr.8-2-1-Fr.8-2-4)。组分Fr.8-2-3通过凝胶(sephedex LH-20,流动相为体积比1:1的二氯甲烷-甲醇)纯化后,采用高效液相半制备(色谱柱为YMC-Pack ODS-A 10 mm×250 mm,流速为2.5 mL/min,检测波长254 nm,流动相为体积比为75:25:10-4的甲醇-水-乙酸)在出峰时间为33.1 min时分离纯化得到化合物d(1.6 mg)。
化合物a是淡黄色粉末,易溶于甲醇、DMSO,难溶于水,比旋光度值[α]26 D -108.7(c0.2,MeOH)。化合物b是淡黄色粉末,易溶于甲醇、DMSO,难溶于水,比旋光度值[α]26 D -76.2(c 0.2,MeOH)。化合物c是淡黄色粉末,易溶于甲醇、DMSO,难溶于水,比旋光度值为[α]26 D -90.2(c 0.2,MeOH)。化合物d是淡黄色粉末,易溶于甲醇、DMSO,难溶于水,比旋光度值为[α]26 D -76.2(c 0.1,MeOH)。
对分离获得的化合物进行高分辨质谱(HR-ESIMS)、1H NMR、13C NMR、HMBC、2D 1H–1H COSY、HMBC、NOESY和ECD分析。各化合物的1H和13C NMR数据见表1和表2,ECD谱图见图2。以高分辨质谱(HR-ESIMS)确定化合物a-d的分子式。再根据1H NMR、13C NMR结合2D 1H–1HCOSY和HMBC 核磁数据,确定平面结构,再结合NOESY信号与ECD谱图分别确定各化合物的相对构型和绝对构型;分离得到的化合物的结构如下:
Figure DEST_PATH_IMAGE006
Figure DEST_PATH_IMAGE007
(a) (b)
Figure DEST_PATH_IMAGE008
Figure DEST_PATH_IMAGE009
(c) (d)。
表 1 化合物a-d的氢谱数据(600 MHz,CD3OD)
Figure DEST_PATH_IMAGE011
Figure 114163DEST_PATH_IMAGE012
表 2 化合物a-d的碳谱数据 (150 MHz,CD3OD)
Figure DEST_PATH_IMAGE013
Figure 968986DEST_PATH_IMAGE014
实施例4 吡啶酮生物碱类化合物的抗菌活性
采用96孔板法对化合物a-d进行了抗菌活性测试。分别将Mycobacterium smegmatis ATCC607和Staphylococcus aureus ATCC25923接种到LB培养基中37 °C摇床(180rpm)培养24小时,然后通过麦氏比浊法,用LB培养基将培养液的菌种浓度稀释到104-105 cfu/mL,接种于96孔板中,每孔包含200 μL(包含倍比稀释的待测样品)培养液,37 oC放置12小时,用酶标仪检测各孔在600nm处的吸光度A值,计算细菌生长抑制率。细菌生长抑制率=1 -(实验组OD – 空白组OD)÷(对照组OD -空白组OD)×100%。
实验结果显示,式(I)所示的吡啶酮生物碱类化合物a-d能抑制Mycobacterium smegmatis ATCC607或Staphylococcus aureus ATCC25923的生长,它们的IC50值如表3所示。
表3 化合物a-d的抗菌活性 (IC50, μM )
Figure DEST_PATH_IMAGE016

Claims (10)

1.一种节菱孢属真菌Arthrinium sp . JUNMF0008,保藏于中国普通微生物菌种保藏管理中心,保藏号为CGMCC No. 15363。
2.一种如权利要求1所述的节菱孢属真菌产生的吡啶酮生物碱类化合物,其结构通式如式(I)所示:
Figure 50202DEST_PATH_IMAGE001
(I);
其中,
R1为羟基(-OH),R2为H;或R1与R2共同代表-O-;
R3或R4分别独立地选自H,羟基(-OH);
R5选自H,羟基(-OH),甲氧基(-OCH3);
R6选自H,羟基(-OH),甲氧基(-OCH3);或R6与R3共同代表C-C。
3.根据权利要求2所述的吡啶酮生物碱类化合物,其特征在于,结构式为:
Figure 573587DEST_PATH_IMAGE002
Figure 3432DEST_PATH_IMAGE003
(a) (b)
Figure 245057DEST_PATH_IMAGE004
Figure 520181DEST_PATH_IMAGE005
(c) (d)。
4.一种如权利要求2或3所述的吡啶酮生物碱类化合物的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)节菱孢属真菌Arthrinium sp . JUNMF0008接种培养基,固态发酵获得发酵物;
(2)步骤(1)中的发酵物以有机溶剂提取后回收有机溶剂,剩余水相以乙酸乙酯萃取,全部除去乙酸乙酯获得提取物;
(3)将步骤(2)中的提取物依次用正相硅胶柱A以二氯甲烷-甲醇梯度洗脱,所得活性馏分再用正相硅胶柱B以二氯甲烷-丙酮洗脱,所得活性馏分再用MCI柱以甲醇-水洗脱,所得活性馏分再用Sephedex柱以二氯甲烷-甲醇洗脱,所得活性馏分再用反相C18柱高效液相分离。
5.根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)中,所述固态发酵的接种量为大米培养基中大米重量的10-15%;培养温度为28℃,培养时间为30天。
6.根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于,步骤(2)中,有机溶剂选自95%v/v乙醇、甲醇或85%v/v丙酮。
7.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于,步骤(3)中,正相硅胶柱A中填料的细度为100-200目;正相硅胶柱B中填料的细度为200-300目;MCI柱填料粒径为120μm;Sephedex柱为Sephedex LH-20;所述梯度洗脱中二氯甲烷与甲醇体积比为100:0到0:100。
8.一种如权利要求1所述的节菱孢属真菌Arthrinium sp. JUNMF0008及其发酵产物或如权利要求2或3所述的吡啶酮生物碱类化合物在制备抗菌药物中的用途。
9.根据权利要求8所述的应用,其特征在于,所述抗菌药物选自抗革兰氏阳性菌药物。
10.一种含有如权利要求2或3所述的吡啶酮生物碱类化合物的抗菌药物。
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