高温放线菌科(Thermoactinomycetaceae)在形态学上接近放线菌，但分子分类上更接近于细菌，过去很多学者认为它是一个典型的介于细菌和放线菌之间的特殊类群。该类群的特征是除个别种为中温生长外，多数在高温下生长，能形成气生菌丝和基内菌丝，或者只形成基内菌丝^[1]。气生菌丝生长丰富，呈现白色或黄色；基内菌丝成熟时表现为分枝状，并形成隔膜；在气生菌丝和基内菌丝上均形成单一的内生孢子，这些内生孢子无柄，或由简单、分枝的孢子柄支持^[1]。该科微生物为革兰氏阳性、化能异养、好氧菌^[2]，在自然界中广泛分布，常见于高温环境，如陆生性热泉^[3]、高温大曲^[4]、堆肥、稻草、甘蔗渣等，内生孢子具有抗性，可在土壤、水或海洋基质中存活^{[5, 6]}。另外，在海洋沉积物、疑似肺结核病人唾液中也能够分离到高温放线菌科的相关菌株^{[7, 8]}。

高温放线科产生的次级代谢产物种类与生物活性物质具有其独特的性质。如嗜中温皂硫-洛克菌(Mechercharimyces mesophilus)产生的mechercharmycin A有很强的抗肿瘤活性^[9]。但有些种又会给人类和动物带来危害，例如20世纪80、90年代在我国沿两河流域，气候温热、潮湿的地区爆发的外源性过敏性肺泡炎类疾病：农民肺(Farmer’s Lung Disease)^[10]，其主要病原菌就是高温放线菌科的普通高温放线菌(Thermoactionomyces vulgaris)^{[11, 12]}。另外，朱国东等^[13]还在Laceyella RHA1中分离到了具有高活性的α-淀粉酶。由于高温放线菌科微生物分布广、耐高温、生长快，因此具有潜在的、重要的应用价值和理论意义^[14]。本文对高温放线菌科的最新研究进展进行了综述，并对一些仍未澄清的问题进行了初步探讨。

高温放线菌最早由Tsilinsky(1899)作为一个属来描述。高温放线菌当时建属的主要依据是形态学特征和生理生化特征，2000年以前有效发表的8个种也主要是依据这两个方面的特征分类。2002年李文均等^[14]在深入分析前人工作的基础上，对该类群分类研究的成果和未澄清的问题做了有价值的探讨，提出仅依据形态学和生理生化分析对一个种或属进行分类地位的确定是不够的，必须综合其表型、基因型及系统进化分析等多相分类的结果来进行，并建议将该类群暂时定位于放线菌类群中的未定单元内。

2002年韩国学者Yoon等将当时高温放线菌属内成员由之前的8个修正到6个，2005年Yoon又对该属已发表的6个种做了分类地位的重新调整，次年日本学者Matsuo等建立高温放线菌科。目前该科已有14个属25个种有效发表。其分类地位的确定和所有微生物类群一样，经历了一个漫长的发展过程：由早期的根据形态学和生理学特征分类为主，到后来的化学分类，再到20世纪80年代末兴起的分子分类，分类越来越细致，越来越趋向合理^[15]。《伯杰氏系统细菌学手册》(第2版)第3卷(2009)^[1]定义高温放线菌科分类地位为：细菌域(Domain Bacteria)，厚壁菌门(Phylum Firmicutes)，芽胞杆菌纲(Class Bacilli)，芽胞杆菌目(Order Bacillales)，高温放线菌科(Family Thermoactinomycetaceae)。

该类群的特征是好氧，除嗜中温皂硫-洛克菌(Mechercharimyces mesophilus)、无孢子皂硫-洛克菌(Mechercharimyces asporophorigenens)、韩国生工岛津氏菌(Shimazuella kribbensis)、中温海洋丝状菌(Marininema mesophilum)和嗜胨高温放线菌(Thermoactinomyces peptonophilus)(后来被调整为Seinonella peptonophila)^[16]5个种为中温菌外，其余种均为嗜热菌，大多最适生长温度范围在45-55℃。而且，该类群的大多数成员在气生菌丝和基内菌丝上均有单个孢子形成，具有典型的内生孢子的结构和特性。细胞壁含meso-DAP，无特征性糖^[1]。随着研究的深入，人们对高温放线菌科有了更全面的认识，如李洁等^[7]发现中温海洋丝状菌(Marininema mesophilum)不产生气生菌丝；嗜胨清野氏菌(Seinonella peptonophila)、嗜中温皂硫-洛克菌(Mechercharimyces mesophilus)、无孢子皂硫-洛克菌(Mechercharimyces asporophorigenens)、韩国生工岛津氏菌(Shimazuella kribbensis)只能在45℃以下生长，属于中温菌^{[2, 17]}；克罗彭斯特菌属(Kroppenstedtia)海洋丝状菌属(Marininema)、迈勒吉尔霉菌属(Melghirimyces)的细胞壁含LL-DAP而不是meso-DAP^{[7, 18, 19]}。

从Tsilinsky等1899年首次描述高温放线菌属到2005年间的100多年时间，该类群的分类研究进展缓慢，只有4个属被确认。近年来，高温放线菌科的分类研究进展明显加快，相继又有10个新属有效发表，其中我国学者发表两个新属，分别是徐氏菌属(Lihuaxuella)和海洋丝状菌属(Marininema)。目前，高温放线菌科共有14个属有效发表(图1)，分别是高温放线菌属(Thermoactinomyces)、黄色高温微杆菌属(Thermoflavimicrobium)、清野氏菌属(Seinonella)、莱斯氏属(Laceyella)、直丝菌属(Planifilum)、迈勒吉尔霉菌属(Melghirimyces)、岛津氏菌属(Shimazuella)、链孢子菌属(Desmospora)、徐氏菌属(Lihuaxuella)、海洋丝状菌属(Marininema)、皂硫-洛克菌属(Mechercharimyces)、克罗彭斯特菌属(Kroppenstedtia)、多分枝霉菌属(Polycladomyces)和海森氏菌属(Hazenella)。

图 1. 基于16SrRNA 基因序列构建的高温放线菌属各种及相关分类单元之间的系统进化树状图 Figure 1. Neighbour-joining phylogenetic dendrogram based on 16S rRNA gene sequences. Alicyclobacillus acidoterrestris ATCC 49025T was used as outgroup. Numbers in parentheses represent the sequences accession number in GenBank. Numbers at the nodes indicate the percentage of occurrence in 1000 boot-strapped trees, Bootstrap values greater than 50% are given at branch points. Bar, 0.01 substitutions per nucleotide position.

图选项

高温放线菌科是介于低G+C含量革兰氏阳性细菌和高G+C含量(>55 mol%)革兰氏阳性放线菌之间的过渡微生物类群^[20]，在对生境、温度的适应和化学组成方面表现出广泛的生态多样性。

高温放线菌科微生物在全球分布广泛(图2)，研究人员已在北美洲、欧洲、非洲、亚洲和澳洲^[21]的不同地区都分离到了相应的菌株。高温放线菌科是如何分布到全球范围的问题也值得考虑，不过还没有这方面的专门研究。就已知的类群分布来看，主要分布在东亚和东南亚，而且大都是在一些高温场所，这可能与其对高温的适应性有一定的关系。

图 2. 高温放线菌科的全球分布 Figure 2. The global distribution of those members of the family Thermoactinomycetaceae. 1. New York, USA(Hazenella coriacea); 2. Germany (Desmospora active); 3. Chott Melghir salt lake, Algeria (Melghirimyces algeriensis, Melghirimyces thermohalophilus); 4. Little Andaman Island, India (Marininema halotolerans); 5. Yunnan, China (Planifilum yunnanense， Laceyella sediminis， Lihuaxuella thermophila，Laceyella tengchongensis); 6. South China Sea (Marininema mesophilum); 7. South China (Kroppenstedtia guangzhouensis); 8. Sobaek Mountain, South Korea(Shimazuella kribbensis); 9. Shimokita Peninsula，Okinawa prefecture, Japan (lanifilum fulgidum, Planifilum fimeticola, Polycladomyces abyssicola); 10. Republic of Palau (Mechercharimyces mesophilus， Mechercharimyces asporophorigenens); 11. Indian Ocean (Melghirimyces profundicolus); 12.Queesland, Australia( Thermoactinomyces).

图选项

高温放线菌科的分布十分多样，目前不仅在高温堆肥、高温大曲、热泉等高温环境中发现其存在，而且还发现在淡水、盐湖、土壤、海洋沉积物等环境广泛存在。值得注意的是，在临床上，如病人的痰液和病变肺叶中也分离到了高温放线菌科的一些类群^{[8, 22]}。

随着对海洋开发的日益重视，研究人员把目光投向海洋和一些咸水环境，并发现了新的高温放线菌科微生物资源。如2013年在日本下北半岛(Shimokita Peninsula)的深海沉积物中，分离并命名的深海多支霉菌(Polycladomyces abyssicola)^[23]，能在55-70℃的环境温度范围内生长，最适生长温度为60℃，属于极端嗜热菌^[24]。同年本课题组在收集自印度南湾小安达曼岛、盐度35%和pH值8.5的海洋沉积物样品中，分离到了该科的一株中温菌，命名为耐盐海洋丝状菌(Marininema halotolerans)^[25]，其最适生长温度为28℃，pH值7.0，盐度为0-5% (W/V)，属于中温轻度耐盐菌。与前者相比，耐盐海洋丝状菌的最适生长温度有很大的不同，同时还表现出了一定的耐盐特征。嗜盐高温迈勒吉尔霉菌(Melghirimyces thermohalophilus)^[26]是2013在北非的阿尔及利亚迈勒吉尔盆地的一个盐湖里分离并命名，它能在氯化钠浓度5%-20% (W/V)和培养温度43-60℃的条件下生长，是中度嗜盐菌^[27]，值得一提的是，其对pH值的适应范围较广泛(pH 5.0-10.0)。

高温放线菌科不仅在咸水环境存在，在淡水环境中也有分布。如沉积物莱斯氏菌(Laceyella sediminis)^[28]就是近年于我国云南腾冲一个淡水热泉的沉积物样品中分离并命名的。另外，早期从土样中分离到的嗜胨高温放线菌(Thermoactinomyces peptonophilus)，后来在淡水中也有发现^[29]，该种现在被重新分类为嗜胨清野氏菌(Seinonella peptonophila)^[2]。

土样中分离到的高温放线菌科微生物种类最多，比如早期分离到的嗜胨莱斯氏菌(Seinonella peptonophila)和恶臭莱斯氏菌(Laceyella putida)；还有近年发现的韩国生工岛津氏菌(Shimazuella kribbensis)^[17]、腾冲莱斯氏菌(Laceyella tengchongensis)^[30]、嗜热徐氏菌(Lihuaxuella thermophile)^[3]、广州科罗彭斯特菌(Kroppenstedtia guangzhouensis)^[31]等都是分离自不同土壤样品。

另外，高温放线菌科的一些类群在临床来源中也有发现。如普通高温放线菌(Thermoactinomyces vulgaris)等在农民肺患者的肺泡中被分离到^[11]，活跃链孢子菌(Desmospora active)则是在病人的痰液中首次分离到^[8]，同样革状海森氏菌(Hazenella coriacea)也是在临床来源中首次发现的^[22]。

高温放线菌科对温度的适应也表现出丰富的多样性(表1)。如云南直丝菌(Planifilum yunnanense)^[32]是该科目前发现的对温度适应最高的种，可以在50-75℃的培养温度范围内生长，最适生长温度为60-70℃，因此是高温放线菌科中极端嗜热菌的代表。与云南直丝菌的极端嗜热相比，耐盐海洋丝状菌(Marininema mesophilum)^[7]最适生长温度仅有28℃，是中温菌的代表，另外中度嗜热海洋丝状菌(Marininema halotolerans)^[25]的最适生长温度也仅为30℃。

研究表明，醌、脂肪酸、极性脂、DAP类型等化学组分在高温放线菌科中也表现得较为多样。比如之前人们一直认为高温放线菌科的DAP类型为meso-DAP，然而最近的研究表明迈勒吉尔霉菌属(Melghirimyces)、克罗彭斯特菌属(Kroppenstedtia)、海洋丝状菌属(Marininema)的DAP类型为LL-DAP。高温放线菌科中大多数类群的优势醌为MK-7，而莱斯氏属(Laceyella)、皂硫-洛克菌属(Mechercharimyces)、岛津氏菌属(Shimazuella)3个属的优势醌为MK-9。另外，主要脂肪酸、极性脂和(G+C)含量在不同的类群中差别也较大，具体见表2。

表 2. 高温放线菌科的14个属的表型特征比较 Table 2. 　Comparison of the characteristic of the fourteen genera of the family Thermoactinomycetaceae

表选项

由于高温放线菌科分布广、耐高温、生长快，因此具有潜在的、重要应用价值。近年来正受到越来越多的重视，与应用相关的研究也日益广泛和深入。

α-高温淀粉酶主要作用于淀粉的α-1,4糖苷键，具有淀粉液化和糖化作用，因此广泛应用于纺织品的脱浆工艺和烘培工业等^[33]。早期Heese等^[34]在普通高温放线菌(Thermoactinomyces vulgaris)中分离到α-淀粉酶(5.3 kDa)，其最适催化条件为62.5℃、pH 4.8-6.0。近年朱国东等^[13]又从一株莱斯氏属RHA1(Laceyellasp.RHA1)中分离到一种新型α-淀粉酶(11.2 kDa)，其最适催化条件为60℃、pH6.0。与其他菌株来源的α-淀粉酶相比，具有分子量低、耐高温的特征，值得进一步研究。Ke等^[35]在将食物残渣转化为成熟堆肥的过程 中发现，普通高温放线菌(Thermoactinomyces vulgaris)具有较高的脱氢酶、多酚氧化酶和脲酶活性，是食物残渣转化成成熟堆肥较为理想的菌种之一。

聚(L-乳酸)(PLA)是脂肪族成员之一，其存在于玉米、甘蔗、土豆等可再生资源，它可被微生物完全降解，是一种环境友好型材料，广泛运用于包装材料、医学材料、农产品和纺织品等^[36]。由于PLA在垃圾填埋场的自然降解发生在高温条件下，因此需要在高温条件下具有高活性的酶。Srisuda等^[37]在森林土壤中分离得到一株产PLA酶的高温放线糖莱斯菌(Laceyella sacchari LP175)，最适催化条件为60℃、pH9.0，分子量为28.0 kDa，对PLA有很好的降解能力。

纤维素是地球上最丰富的可再生性碳源物质，其降解是自然界碳素循环的中心环节^[38]。纤维素酶可以使构成植物细胞壁等不易被利用的植物纤维分解成葡萄糖，从而提高玉米等秸秆的利用率，推动纤维素酶乙醇工业的发展及推广^[39]。Yong等^[40]通过变性梯度凝胶电泳和定量PCR研究高温堆肥过程中微生物区系的变化时发现高温放线糖莱斯菌(Laceyella sacchari)有一定的降解纤维素的能力。

几丁质可由节肢动物、线虫、软体动物、真菌和其他生物合成。几丁质在结构上类似纤维素，在自然界的含量仅次于纤维素，几丁质酶可将其转化成低聚糖。低聚糖不仅溶解于水，且拥有多种生物功能，如抗肿瘤活性和抗真菌活性等^[41]。Hiroki等^[42]从Laceyella putide中成功分离到了一种热稳定性良好的几丁质酶(chitinase)，其最适反应条件为pH 4.0,75℃，在pH 5.2,70℃处理1小时后，其半衰期仍能保持3天，具有工业应用潜力。

阿洛酮糖(psicose)是一种稀有糖，与蔗糖相比，其热量仅为蔗糖的3%，而甜味却保持在70%以上，被认为是理想的健康食物的来源之一。Zhang等^[43]人在一株链孢子菌(Desmospora sp.)中分离到了一种阿洛酮酶DTEase，最适反应条件为pH7.5,60℃，底物转化率为28.5%。

一直以来，微生物天然产物都是重要的药物来源。传统研究方法重复发现天然产物的机率不断增加，研究者们逐渐将目光投向了研究相对较少的特异生境微生物，如动物、植物等生物体内生菌、海洋微生物和极端环境微生物(高盐碱、超高温、超低温等环境)等。由于特异生境微生物的生长环境特殊，其产生的次级代谢产物往往具有复杂多样的结构和多样的生理活性，近年来受到越来越多研究者的青睐^[44]。Kanoh等^[9]在一株分离自海洋的高温放线菌(Thermoactinomyces sp. YM3-251)中，筛选得到两种新型化合物Mechercharmycins A和MechercharmycinsB，两者组成相似，但三维结构有很大的不同，X射线晶体衍射分析显示前者是环状肽样化合物，而后者为线性化合物。其中Mechercharmycins A表现出了较强的细胞毒性。随后Matsuo^[45]在一株分离自海洋的无孢子皂硫-洛克菌(Mechercharimyces asporophorigenensYM11-542)中分离到了化合物Urukthapelstatin A，这是一种新型的环状肽类化合物，能强烈的抑制人类肺癌A549细胞的生长，同时还对人类癌症细胞系表现出了有效了细胞毒性。

芽孢杆菌纲是一个被广泛研究的微生物类群，不论从基础研究还是应用开发都有很多的报道。与高温放线菌科相比，传统的芽孢杆菌在细胞毒性物质方面的报道较少，而高温放线菌科因其生境特异性，能产生结构特异的化合物，使其在这方面表现出了很大药物开发潜力。但和芽孢杆菌目其他的科相比，高温放线菌科的已知种还较少，这要求我们有效的分离出该类群的新资源。另外可对未培养的类群进行单细胞基因组提取^[46]，进而有效挖掘到新基因资源，用以开发具有应用价值的新化合物，这用构建宏基因组文库的方法不难实现。

另外，在组学信息快速发展的今天，高温放线菌科仅Laceyella sacchari1-1 (GenBank登录号：ASZU00000000.1)^[47]、Desmosporasp.8437(GenBank登录号：GCA_000213595.1)和Shimazuella kribbensis(GenBank登录号：ATZF00000000.1)有基因组测序数据，但还没有对其展开系统的分析，因此还有很多物种等待基因组水平进行相关研究。

从Tsilinsky首次描述高温放线菌(1899)至今的115年中，高温放线菌逐步被人们发现。直至目前，高温放线菌科有14个属，但仅有25个种被效发表(而且各个物种之间的16S rRNA基因序列同源性较高)，该类群大量的新物种还有待开发。因此，还需设计出更加有效的分离方法来分离未知菌种。如，在了解影响已知类群生长因素基础上设计更适合相似微生物生长的培养基、设计更加接近原生态环境条件的培养基、在培养基中添加微生物相互作用的信号分子等是分离未培养微生物的有效手段^[48]。

原核微生物分类学研究的历史经历了从形态分类到生理生化分类，再到化学分类直至分子分类，在此过程中，分类方法日趋完善和精确。尽管如此，对高温放线菌科的分类地位还存在一些不同的看法，如徐丽华等^[20]认为高温放线菌科的位置应该是低G+C含量革兰氏阳性细菌和高G+C含量革兰氏阳性放线菌之间的界限微生物，因此对其研究有助于揭开原核生物细胞形态进化的奥秘。另一方面，已知高温放线菌科的分类地位还需进一步研究，同时进一步完善已有的分类方法，如完善多相分类体系与探索新分类指征、组学信息应用及其与表型特征整合、分类系统的进一步合理化等都是系统学将来发展的必然趋势^[49]。另外，新菌种是医药和工业用酶的重要来源，但高温放线菌科在这些方面的研究还比较欠缺。因此，专门开展这一独特类群的 药物开发和工业用酶的研究必将是未来研究的重点。