具有海洋药物特色的实践教学设计探索

2022-02-06孔凡栋周丽曼

产业与科技论坛 2022年2期

□王聪孔凡栋周丽曼

海洋微生物来源的化合物因其结构多样性和活性广泛性受到海洋药物专家学者的广泛关注[1～2]。海洋微生物来源的天然产物作为药物先导化合物的重要来源，是寻找新型药物的重要方向。北部湾海洋微生物资源丰富，对其进行研究，可以发现新的活性化合物[3～4]。目前对于海洋微生物的研究也只停留在菌株的分离、鉴定和活性筛选上，并没有对该菌株进行深入的研究[5～6]。学校海洋药物课题组多次参加海洋药物教会议，以“理论与实践结合、培养能力、鼓励创新”为实践教学设计与研究的总体目标，通过两年的探索实践，组织学生做实验，毕业答辩以及参加大赛等形式，初步形成了以下研究模式：

一、实践教学设计

通过海洋微生物药物化学实践教学(包含本科毕业设计与大赛)，使药学专业学生在学习海洋微生物来源的分离以及化学成分的实验原理与方法的同时，掌握海洋微生物的分离流程以及化学成分的检测，为后期海洋微生物活性次级代谢产物的分离、结构修饰与构效关系研究奠定基础。

二、具体实践教学方案

(一)采集样品。广西北部湾地处热带和亚热带，蕴含着丰富的微生物资源，从中寻找抗菌和抗肿瘤活性化合物具有非常大的潜力。采集广西北部湾沿海地区的植物、动物及海泥等样品，对其进行研究，具有非常重要的意义。课题组采集了广西北部湾来源的海泥和植物等海洋样品。

(二)分离及保藏北部湾来源微生物菌株。对所采样品进行微生物(真菌及放线菌)分离，纯化，对菌株进行发酵，排重(形态排重和化学排重)及保藏，得到菌株资源，对获得菌株进行保藏[7～8]。如化学排重，采用薄层色谱将菌株进行TLC检测，根据化学特征进行排重，采用常用的显色剂和生物碱显色剂等显色，检测次级代谢产物的化学成分。可以很好激发学生的学习积极性、主动性和创新能力。

(三)筛选。对所得菌株进行不同培养条件(培养方式，培养基等)的小规模发酵培养，通过有机溶剂萃取得到其次生代谢产物粗提物，通过化学(TLC和HPLC-UV-MS)与生物学(抗肿瘤、抗菌活性模型)相结合的方法，筛选得到代谢产物同时具有化学多样性及生物活性的潜力菌株，作为研究对象。优化发酵条件，确定最优发酵条件。

(四)活性物质的分离和结构鉴定。在最佳发酵条件下对菌株进行规模化发酵，获得粗提物。采用生物活性和现代色谱技术相结合的方法进行活性成分的分离，综合采用通过色谱分离、波谱解析、化学衍生和ECD计算等手段对化合物进行结构鉴定。对主产单一产物的菌株进行发酵优化，得到的量大化合物进行结构修饰和合成，并对其作用机制进行研究，并对其产业化的可能进行考量。

(五)化合物系统活性评价。对结构确定的化合物进行生物活性测试，对所得系列化合物的构效关系进行探讨，评价其成为抗菌活抗肿瘤药物的可能。

三、实践教学特点

(一)特色性。广西北部湾海洋来源的微生物目前尚处于待开发状态，广西海洋产业支持海洋资源开发及综合利用。开展海洋微生物等资源开发与利用，采集广西北部湾的海洋资源，充分开发利用和把握好广西北部湾海域丰富的海洋资源，很具有特色性。

(二)创新性。采用基础实验、综合实验等学习海洋微生物次级代谢产物的分离流程，给学生提供一个平台，学生根据自己的想法去分离海洋微生物，充分激发了学生的积极性和主动性，也真正实现了创新性。每个学生的想法不同，有可能分离到真正的土著海洋微生物。只有海洋土著菌才能产生具有显著生物活性的新颖化合物，也就是大家所追寻的天才菌株。

(三)前沿性。课题组也会结合海洋药物专业的特色，通过实践教学并结合了海洋药物专家学术讲座、Seminar、学术会议以及大学生比赛等多个不同角度，通过搜集最新海洋药物文献，加强学生查找文献的能力，让学生真正体会到时代前言的海洋药物知识，可能对将来海洋药物的产业化发展起到非常重要的作用。

(四)探索性。结合海洋药物专业特色，通过本科毕业设计，大学生创新创业项目的申报和大赛，教学实践与科研项目相结合。例如以课题广西北部湾来源抗菌活性海洋微生物的筛选与研究为例,根据此内容可以设计四项毕业实践内容,例如“广西北部湾来源抗菌活性海洋放线菌的筛选”,“广西北部湾来源抗菌活性海洋真菌的筛选”,“广西北部湾来源抗菌活性海洋放线菌的活性成分研究”,“广西北部湾来源抗菌活性海洋真菌的活性成分研究”,根据这四个延伸出来的课题，安排4名本科毕业生对其进行研究,对文献进行调研,根据文献的调研情况，可以发表相关的2～3篇科研论文[9～11],这样可以培养学生的搜检索文献的能力和写作能力。

四、实践教学结果分析

(一)充分利用广西北部湾海洋资源。广西北部湾海洋微生物资源丰富，对其进行研究，可以发现新活性化合物。课题组从广西北部湾来源的海域样品中分离得到72株真菌，筛选得到具有抗香蕉枯萎病、金黄色葡萄球菌和白色念珠菌等活性的菌株15株。利用化学与生物活性相结合的集成筛选方法，开展了海洋真菌的抗菌活性筛选及其活性代谢产物的研究。采用OSMA策略对来自广西北部湾海域沉积物来源的Penicillium sp.H1的次级代谢产物进行了研究，分离得到了1个新的二萜类化合物[4]。对广西北部湾来源的海域样品中进行海洋放线菌的分离，从中分离73株放线菌，筛选得到具有抑金黄色葡萄球菌和香蕉枯萎病活性的菌株7株，抗PTP1B活性的菌株1株。利用OSMAC策略，诱导沉默基因的表达，开展了海洋放线菌次级代谢产物的研究。对抗PTP1B活性的放线菌Streptomyces sp. MDW-06的次级代谢产物进行了研究，从中分离了1个新的聚酮类化合物[3]。

(二)培养学生综合能力。经过实践教育，学生在各级教学实践活动中取得了优秀的成绩。指导学生完成两项国家级大学生创新创业计划项目，指导两名学生荣获省级优秀毕业论文二等奖、三等奖，两名学生荣获校级优秀论文一等奖、二等奖。指导两名学生荣获广西民族大学第八届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛一等奖和三等奖。经过学生的努力，文章发表在中草药，天然产物研究与开发等杂志上[3～4]。

(三)具有教学改革基础。课题组前期主持完成校级教改项目1项，主持在研省级教改项目1项，发表了相关的教学研究成果[12～16]，为此项目奠定了基础。