微生物天然產(chǎn)物的提取
化學(xué)先生 / 2019-07-25
生物也是化學(xué)多樣且具潛在應(yīng)用價值代謝物的重要來源，迄今，大多數(shù)鏈霉南(放線南)的紅狀細(xì)菌種及青霉菌屬和曲霉菌的真菌已用于其代謝物的提取和分離，這些代謝物具有重要的醫(yī)學(xué)應(yīng)用價值(如抗生素、免疫抑制劑、抗低膽固醇血癥和抗癌劑等)。對現(xiàn)有抗微生物制河具有耐藥性的致病微生物數(shù)量的不斷增大，一直迫使人們尋找能作為新抗生素來源的新的微生物代謝物。
當(dāng)選擇微生物代謝物的提取方法時，要牢記下列需要考慮的事實，微生物代謝物經(jīng)常產(chǎn)率很低且一個菌株能產(chǎn)生包含許多化合物在內(nèi)的混合體質(zhì)。代謝物可能被細(xì)胞全部或部分分泌出細(xì)胞進(jìn)人培養(yǎng)液(胞外),也可能存在于細(xì)胞內(nèi)(胞內(nèi))。如果期望得到某種類型的代謝物，可以參考以前發(fā)表的實驗方案。當(dāng)研究對象為新菌株時，將更為困難,因其代謝物至今不明，研究目的將要求提取盡可能多的代謝產(chǎn)物、與植物原料相同，能與水混溶和不混溶的有機(jī)溶劑，如乙酸乙酯、二氯甲烷、正丁醇、甲醇等也可用于微生物代謝物的提取。
多種方法可用于 從發(fā)酵液中提取微生物代謝物。如果所需代謝物不僅與細(xì)胞結(jié)合，也存在于培養(yǎng)液中，則通常需要將所有培養(yǎng)物進(jìn)行溶劑提取以使細(xì)胞內(nèi)與細(xì)胞外的化合物都能提取出來。某些情況下,發(fā)酵液在提取前可以進(jìn)行冷卻干燥。也可以在提取前先進(jìn)行澄清，將微生物細(xì)胞從培養(yǎng)液中分離出去。根據(jù)培養(yǎng)液的物理性質(zhì)(如稠度)和細(xì)胞的形態(tài)及大小可以選擇過濾式離心達(dá)到澄清的目的。如果代謝物完全存在于液相，或者吸附在細(xì)胞上或存在于細(xì)胞內(nèi)，提取則更為簡單。對于與細(xì)胞結(jié)合的代謝物建議在提取前先進(jìn)行澄清,除去培養(yǎng)介質(zhì)的成分和其他污染物。如果所研究的代謝物主要在細(xì)胞外，那么預(yù)先除去固態(tài)的培養(yǎng)物(如細(xì)胞、細(xì)胞碎片、不溶性介質(zhì)成分等)也是非常必要的。然后，將培養(yǎng)液(水相)與水不溶的有機(jī)溶劑進(jìn)行分配以提取培養(yǎng)液中的化合物。改變水相的pH并選擇合適的有機(jī)溶劑可以依據(jù)化合物的pKa值和分配系數(shù)進(jìn)行選擇性的分離。吸附分離也能用于從培養(yǎng)液中提取代謝物，采用這種分離必須保證當(dāng)培養(yǎng)液通過裝填于色譜柱中的疏水吸附劑后，其中所含的代謝物能夠在吸附劑上得到保留。采用水沖洗去無機(jī)溶劑和大極性成分(脫鹽步驟)后,利用有機(jī)溶劑(如甲醇、丙酮)或有機(jī)溶劑和水的混合溶劑洗脫得到代謝物富集物。有時，也可以把吸附劑直接加入培養(yǎng)器中吸附富集代謝產(chǎn)物。
植物和微生物產(chǎn)生復(fù)雜的天然產(chǎn)物混合物，選擇最佳方案提取這些物質(zhì)并不是一個簡單的任務(wù)。盡管“經(jīng)典”的溶劑提取法(如浸漬法、滲漉法、索氏提取法、回流提取法、水蒸氣蒸餾法等)存在重復(fù)性差、費時費溶劑的缺點，它們?nèi)匀粡V泛應(yīng)用于天然產(chǎn)物化學(xué)研究中。這主要是因為它們只需要基本的玻璃器皿就能方便地用于初試提取和大量提取。加速溶劑提取(accelerated solvent extraction)是一種更新的儀器提取技術(shù)。 盡管這種技術(shù)對常規(guī)方法而言具有某些優(yōu)勢(主要是提取效率和重現(xiàn)性),但它更適合于初試提取而非大規(guī)模提取。到目前為止，天然產(chǎn)物化學(xué)所研究的代謝物主要來源于植物和微生物。其他類生物(如海洋生物、昆蟲等)的研究才剛剛開始，即使是植物和微生物也有大量品種尚未研究,作為天然產(chǎn)物化學(xué)研究者要謹(jǐn)記在心。
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