基于白真菌素的防污组合物及其应用制造技术

本发明专利技术涉及一种基于白真菌素和/或其衍生物的防污组合物，以及防污组合物用于抑制生物体在物体或表面上生长和/或沉积的应用，以及进一步用于抑制海洋环境中的生物污着和生物膜形成的应用。本发明专利技术的防污组合物能够有效改善物体的性能并且提高其使用寿命，进而降低物体的维护成本。体的维护成本。体的维护成本。

【技术实现步骤摘要】
基于白真菌素的防污组合物及其应用


[0001]本专利技术涉及海洋涂料领域，具体地，涉及一种基于白真菌素及其衍生物的防污组合物，及其用于抑制生物体生长和/或沉积、进而抑制生物膜形成的应用。

技术介绍

[0002]海洋生物污着是不受欢迎的微生物和巨生物在水下人工表面上的自然定殖。这些生物体大致分为细菌和硅藻等污着微生物(microfouler)以及藤壶、贻贝、管虫和草苔虫等污着巨生物(macrofouler)(Callow and Callow,2002)。细菌生物膜由形成群落的多种菌落的细胞组成。生物膜是细菌的多维(3
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D)聚集体，细菌附着在表面并包裹在由多糖、蛋白质、e
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DNA和磷脂组成的细胞外聚合物基质(EPS)中(Srinivasan et al.,2021)。与微生物相比，基质占干物质的90％以上，多种机制使得不同的生物能够牢固地附着于表面，与细胞相互作用，并构建复杂的结构(Satpathy et al.,2016)。通过污着微生物形成生物膜来进行定殖会吸引污着巨生物如管虫(Hydroides elegans)的附着，它们更喜欢在生物膜表面定殖(Ralston and Swain,2009)。生物膜细菌对抗生素的抗性是浮游细菌的10至1,000倍(Stewart and Costerton,2001)。海水中几乎所有的海洋结构都被形成生物膜的细菌定殖。污着生物会定殖于船体、水下管道和码头，给海洋作业造成巨大的经济损失，并且会造成环境问题，例如入侵物种的引入(Hellio and Yebra,2009)。例如，由于污着生物的附着所带来的额外负担，船舶需要额外的动力，导致高的燃料消耗和沉重的发动机压力(Bixler and Bhushan,2012)。
[0003]已经开发了各种防污技术来防止生物污着，包括在海洋涂料中添加防污剂，如吡啶硫酮铜、百菌清、吡啶硫酮锌和SeaNine 211(Qian et al.,2013)。此外，含有杀菌剂三丁基锡(TBT)的防污涂料在防止污着生物的沉积和生长方面非常有效，但它对非目标生物同样具有毒性并能在海洋环境中持久存在。因此，该防污涂料在船舶上的应用已被国际海事组织(IMO)禁止(Champ,2000)。
[0004]近年来，已经发现了源自各种天然来源的防污化合物。特别是，细菌来源的生物活性化合物是优选的，因为它们可以被繁殖并规模化生产，以确保用于商业化的产品供应(Heidarian et al.,2019)。不可否认的是，从细菌发酵中分离出来的天然产物是开发防污化合物的巨大资源。例如，从海洋细菌微白黄链霉菌(Streptomyces albidoflavus)中分离出的丁烯酸内酯可以防止主要的污着生物(藤壶、管虫和苔藓虫)的沉积，且具有低毒性(Xu et al.,2010)，从脱氮假弧菌(Pseudovibrio denitrificans)中分离出来的3,3
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二吲哚甲烷表现出对藤壶和苔藓虫的防污活性，并且具有与商业防污剂SeaNine 211相当的现场性能(Wang et al.,2015)。先前报道的具有防污活性的天然产物还包括脂肪酸、内酯、萜烯、类固醇、苯环型化合物、苯醚、聚酮化合物、生物碱、核苷和肽(Wang et al.,2017)。然而，由于防污化合物的快速释放、化学合成过程复杂以及防污剂的低收率，很难开发基于海洋天然产物的防污涂料(Sisson et al.,2013)。为了解决与化合物释放控制相关的问题，以使用丙烯酸甲硅烷基酯作为防污剂载体的自抛光共聚物通过水解和降解产生自更新的表面，
从而控制防污化合物的释放(Bressy et al.,2010；Xie et al.,2019)。
[0005]因此，本领域仍然非常需要一种无毒、低成本且环境友好的防污组合物及防污方法。

技术实现思路

[0006]本专利技术人发现，通过将白真菌素及其衍生物与可水解且可降解的聚合物组合形成的涂料在涂布于船体表面时，可以有效抑制细菌和硅藻等污着微生物以及藤壶、贻贝、管虫和草苔虫等污着巨生物在船体表面的附着、生长或沉积。此外，为提高白真菌素的产量，本专利技术人还通过工程化野生型冠霉素链霉菌(Streptomyces chrestomyceticus)BCC24770菌株，以生物途径高效地合成白真菌素及其衍生物。由此，专利技术人完成了本专利技术。
[0007]因此，在本专利技术的第一方面，提供了一种防污组合物，其包含至少一种涂料组分和式I、II、III或IV所示的化合物或其任一组合：
[0008][0009]在第二方面，提供了一种用于抑制生物体在物体或表面上生长和/或沉积的方法，包括通过将包含式I、II、III或IV所示的化合物或其任一组合的组合物施用于所述物体或者表面来使所述组合物与所述生物体接触的步骤：
[0010][0011][0012]在第三方面，提供了一种用于改善物体或表面的性能和/或寿命的方法，包括将包含式I、II、III或IV所示的化合物或其任一组合的组合物施用于所述物体或表面的步骤：
[0013][0014]本专利技术通过工程化冠霉素链霉菌(S.chrestomyceticus)以生物途径合成式I
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IV的白真菌素及其衍生物，并将其与可水解且可降解的聚合物结合得到防污组合物，生产成本低廉且环境友好。这种基于白真菌素及其衍生物的防污组合物能够有效地抑制生物体如细菌和真核生物在物体或表面的生长和/或沉积，由此能够特别地用作海洋环境中的物体或表面的涂层以防止生物污着和生物膜的形成，并且可以用于可能暴露于细菌污染的医学设备以抑制细菌的生长。本专利技术的防污组合物能够有效地改善物体的性能并提高其使用寿命，进而降低物体的维护成本。
附图说明
[0015]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些示例性实施方式，而并非旨在将本专利技术限制于这些实施方式。
[0016]图1示出了从冠霉素链霉菌(Streptomyces chrestomyceticus)BCC24770中分离出的式I
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IV的白真菌素类化合物的化学结构。
[0017]图2A
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2E分别示出了式I
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IV的白真菌素类化合物对金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)、微球菌(Micrococcus sp.)、葡萄球菌(Staphylococcus sp.)、庞蒂亚克亚硫酸盐杆菌(Sulfitobacter pontiacus)和海绵假单胞菌(Pseudomonas pachastrellae)的生物膜形成的抑制。误差线代表SD(n＝9，来自3批微生物培养物的9个孔)。通过单因素ANOVA分析与对照生物膜相比的显著性差异，*p<0.05，**p<0.01和***p<0.本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种防污组合物，其包含至少一种涂料组分和式I、II、III或IV所示的化合物或其任一组合：2.根据权利要求1所述的防污组合物，其中，所述化合物是经纯化的化合物本身，或者是含有所述化合物的细菌如冠霉素链霉菌的提取物形式；优选地，所述冠霉素链霉菌为经包含转录调节子alb22、alb45或其组合的DNA载体如质粒转染以过表达所述化合物的工程化冠霉素链霉菌。3.根据权利要求1或2所述的防污组合物，其中，所述化合物占所述组合物以重量计的约0.1％至约50％、优选约1％至约15％、更优选1％至10％、最优选5％至10％。4.根据权利要求1
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3中任一项所述的防污组合物，其中，所述涂料组分包括：聚合物；以及任选的粘合剂、颜料、溶剂、缓冲剂或其任意组合。5.根据权利要求4所述的防污组合物，其中，所述聚合物包含甲基丙烯酸甲酯(MMA)和甲基丙烯酸三丁基甲硅烷酯(TBSM)，优选地，所述聚合物为甲基丙烯酸甲酯(MMA)和甲基丙烯酸三丁基甲硅烷酯(TBSM)的共聚物。6.一种用于抑制生物体在物体或表面上生长和/或沉积的方法，包括通过将包含式I、II、III或IV所示的化合物或其任一组合的组合物施用于所述物体或表面来使所述组合物与所述生物体接触的步骤：
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述化合物是经纯化的化合物本身，或者是含有所述化合物的细菌如冠霉素链霉菌的提取物形式；优选地，所述冠霉素链霉菌为经包含转录调节子alb22、alb45或其组合的DNA载体如质粒转染以过表达所述化合物的工程化冠霉素链霉菌。8.根据权利要求6或7所述的方法，其中，所述化合物占所述组合物以重量计的约0.1％至约50％、优选约1％至约15％、更优选1％至10％、最优选5％至10％。9.根据权利要求6
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8中任一项所述的方法，其中，所述组合物还包含涂料组分，例如聚合物，以及任选的粘合剂、颜料、溶剂、缓冲剂或其任意组合。10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述聚合物包含甲基丙烯酸甲酯(MMA)和甲基丙烯酸三丁基甲硅烷酯(TBSM)，优选地，所述聚合物为甲基丙烯酸甲酯(MMA)和甲基丙烯酸三丁基甲硅烷酯(TBSM)的共聚物。11.根据权利要求6
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10中任一项所述的方法，其中，所述物体或表面浸于水中或是医学设备，例如所述浸于水中的物体或表面是船舶、船体、管...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱培元，佘炜怡，程爱芳，叶文康，王若珺，程金平，马春风，
申请(专利权)人：南方海洋科学与工程广东省实验室广州，
类型：发明
国别省市：