抗菌肽及其在動(dòng)物養(yǎng)殖中的應(yīng)用

段俊紅 楊 帆

（銅仁職業(yè)技術(shù)學(xué)院，銅仁 554300）

近年來(lái)，由于抗生素藥物的濫用，藥物殘留和細(xì)菌耐藥性等問(wèn)題日漸嚴(yán)重，特別是2010年南亞發(fā)現(xiàn)新型超級(jí)病菌NDM-1，其抗藥性極強(qiáng)，可全球蔓延。全世界對(duì)抗生素濫用逐漸達(dá)成共識(shí)，在抗生素的地位和作用受到懷疑的同時(shí)，也遇到嚴(yán)格控制?？茖W(xué)家們致力于尋求一種能替代抗生素的新型抗菌物質(zhì)。隨著研究工作的深入開(kāi)展，人們發(fā)現(xiàn)生物體經(jīng)外界病原物質(zhì)浸染可在機(jī)體產(chǎn)生一種具有生物活性的小分子多肽，這種生物活性多肽就是抗菌肽（peptide antibiotics），具有廣譜高效殺菌活性、兩親性、熱穩(wěn)定性強(qiáng)、對(duì)機(jī)體正常細(xì)胞不敏感、無(wú)耐藥性等優(yōu)點(diǎn)，使其在藥物開(kāi)發(fā)、臨床治療、食品防腐及飼料添加劑等領(lǐng)域應(yīng)用良好、前景廣闊。本文就抗菌肽在動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)上的研究進(jìn)展及應(yīng)用情況作以下綜述。

1 抗菌肽結(jié)構(gòu)及理化特性

天然抗菌肽通常是由12～60個(gè)氨基酸殘基組成的堿性小分子多肽，水溶性好，分子量約4 kDa。多數(shù)抗菌肽的等電點(diǎn)大于7，表現(xiàn)出較強(qiáng)的陽(yáng)離子特征。肽鏈N端富含賴(lài)氨酸和精氨酸等陽(yáng)離子型氨基酸，C端富含丙氨酸、纈氨酸、甘氨酸等非極性氨基酸。在許多特定位置都有一些較保守的氨基酸殘基，這些高度保守的氨基酸殘基是一些抗菌肽分子具有抗菌活性所不可缺少的，另一些天然抗菌肽的C端往往是酰胺化的，這與抗菌肽的廣譜抗菌活性有關(guān)。抗菌肽在一定條件下形成α-螺旋和β-折疊結(jié)構(gòu)。大部分抗菌肽具有熱穩(wěn)定性，在100℃下加熱10～15 min仍能保持其活性。但高濃度的一價(jià)和二價(jià)陽(yáng)離子、聚陰離子（polyanion）、血清、阿樸脂蛋白A-I（apolipoprotein A-I）和蛋白酶等可降低抗菌肽的活性。有些抗菌肽對(duì)較大的離子強(qiáng)度和較低或較高的pH都具有較強(qiáng)的抗性，具有抵抗胰蛋白酶或胃蛋白酶水解的能力，這為飼料生產(chǎn)中添加外源抗菌肽提供了依據(jù)。

2 抗菌肽抗菌機(jī)制

抗菌肽對(duì)革蘭氏陰性及陽(yáng)性細(xì)菌均有高效廣譜的殺傷作用。國(guó)內(nèi)外已報(bào)道至少有113種以上的不同細(xì)菌均能被抗菌肽所殺滅。關(guān)于抗菌肽抗菌活性機(jī)理的研究，目前還未形成共識(shí)，不同的抗菌肽其抗菌機(jī)制不完全相同。目前研究報(bào)道較多的抗菌肽作用機(jī)制有“木桶板”、“環(huán)形孔”、“地毯”和“筏沉沒(méi)”等模式。不論是何種機(jī)制，誘導(dǎo)殺滅細(xì)菌的過(guò)程首先是抗菌肽與細(xì)菌細(xì)胞壁上的脂多糖或磷壁酸靜電結(jié)合，然后穿透細(xì)胞壁進(jìn)入細(xì)胞膜與脂質(zhì)雙層相互作用，抗菌肽分子的疏水端插入細(xì)菌細(xì)胞膜的脂質(zhì)膜中，進(jìn)而牽引整個(gè)分子進(jìn)入質(zhì)膜，擾亂質(zhì)膜上蛋白質(zhì)和脂質(zhì)原有的排列秩序，再通過(guò)抗菌肽分子間的相互位移而聚合形成跨膜離子通道，使細(xì)胞內(nèi)容物外泄，細(xì)胞內(nèi)離子大量丟失，細(xì)菌不能維持正常生命活動(dòng)所需的胞內(nèi)滲透壓而死亡。也有研究表明，抗菌肽與細(xì)菌細(xì)胞膜結(jié)合不能增加細(xì)胞質(zhì)膜的通透性而是滲透到細(xì)胞質(zhì)膜中，并在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)積聚到一定濃度，抑制細(xì)胞內(nèi)部的生化進(jìn)程而導(dǎo)致細(xì)胞死亡。Subbalakshm（1998）[1]報(bào)道抗菌肽indolicidin（100 g／ml）能夠完全抑制大腸桿菌DNA和RNA的合成，對(duì)蛋白質(zhì)的合成無(wú)影響，然而在150～200 g／ml的濃度下，indolicidin顯著抑制蛋白質(zhì)的合成。Park（1999）[2]報(bào)道來(lái)源于蛙的抗菌肽buforinⅡ并不引起大腸桿菌細(xì)胞質(zhì)膜滲漏，而是穿透細(xì)胞膜在細(xì)胞質(zhì)中積聚并與DNA和RNA結(jié)合，最終導(dǎo)致細(xì)菌死亡。Bobek（2003）[3]以人唾液中提取的抗菌肽MUC7作用于臨床常見(jiàn)的真菌、桿菌和球菌，發(fā)現(xiàn)MUC7對(duì)真菌和細(xì)菌都有很強(qiáng)的殺傷作用。在超微結(jié)構(gòu)中發(fā)現(xiàn)線粒體出現(xiàn)腫脹、空泡化、嵴脫落和不規(guī)則排列，核膜界限不清，有的核破裂，內(nèi)容物溢出。

3 抗菌肽在動(dòng)物養(yǎng)殖中的應(yīng)用

目前，抗菌肽在動(dòng)物養(yǎng)殖中應(yīng)用有2個(gè)方面：（1）作為畜禽藥品，用于預(yù)防和治療動(dòng)物疾?。唬?）作為飼料添加劑，提高動(dòng)物免疫力、預(yù)防動(dòng)物疾病和促進(jìn)動(dòng)物健康生長(zhǎng)?？咕臒岱€(wěn)定性較好，100℃下加熱10～15 min不會(huì)失活，在水產(chǎn)養(yǎng)殖中應(yīng)用成為研究熱點(diǎn)。

3.1 豬

有關(guān)抗菌肽在養(yǎng)豬中的研究報(bào)道較多，2011年6月在北京順義召開(kāi)的關(guān)于抗菌肽在豬場(chǎng)應(yīng)用及效果研討會(huì)中明確提出養(yǎng)豬生產(chǎn)中使用抗菌肽具有顯著的保健促長(zhǎng)、提高動(dòng)物健康、加快生長(zhǎng)速度、降低生產(chǎn)成本、提高飼料利用率和生產(chǎn)率、可取代或部分取代飼料中添加的各種抗生素，實(shí)現(xiàn)無(wú)抗綠色養(yǎng)殖。陳香等（2011）[4]報(bào)道，在仔豬飼糧中添加250 mg／kg的天蠶素抗菌肽制劑可顯著改善飼料轉(zhuǎn)化率，降低飼料成本。馬文鋒（2011）[5]報(bào)道，添加0.3%抗菌肽替代0.2%氧化鋅能顯著降低仔豬腹瀉率及飼料增重比（P<0.05），顯著提高仔豬日增重（P<0.05），對(duì)血清豬瘟抗體水平也有一定的改善作用（P>0.05）。黃茂俠（2011）[6]報(bào)道日糧中添加0.6%～0.8%添加量的抗菌肽制劑對(duì)提高仔豬對(duì)呼吸道疾病和腹瀉的抵抗力有顯著效果。與添加300 mg／t的阿莫西林相比效果更好，抗菌肽在生產(chǎn)實(shí)踐可以作為一種抗生素替代品進(jìn)行推廣應(yīng)用。張董燕（2011）[7]報(bào)道日糧中添加0.3%天蠶素抗菌肽對(duì)于提高斷奶仔豬生產(chǎn)性能、改善腸道菌群、減少豬體應(yīng)激及提高機(jī)體免疫力等具有積極作用。

3.2 家禽

禽類(lèi)生產(chǎn)中添加抗菌肽可提高機(jī)體免疫力，抵抗微生物感染的能力，促進(jìn)生長(zhǎng)，降低發(fā)病率，為今后替代抗生素的使用，減少藥物殘留提供了較好的發(fā)展前景。溫劉發(fā)（2001）[8]通過(guò)飲水方式給粵黃黃雞添加抗菌肽的飼養(yǎng)試驗(yàn)結(jié)果表明，抗菌肽可促進(jìn)小雞生長(zhǎng)和減少排泄氮含量。從尿酸氮和總蛋白深度結(jié)果看，添加抗菌肽會(huì)使機(jī)體在蛋白質(zhì)合成量變化不大的情況下減少機(jī)體蛋白質(zhì)的分解代謝，從而促進(jìn)生長(zhǎng)。陳曉生（2005）[9]等人于肉鴨日糧中添加液體的蠶抗菌肽AD-酵母制劑發(fā)現(xiàn)，其血清代謝激素的活動(dòng)顯著增強(qiáng)、IGF-1濃度升高、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)合成加強(qiáng)、甲狀腺素T3升高，脂肪、T4降低、尿素氮濃度顯著降低、體內(nèi)氮排出減少。李波（2011）[10]研究報(bào)道日糧中添加天蠶素抗菌肽的試驗(yàn)組雞日增重、料肉比明顯高于抗生素作為添加劑的對(duì)照組，這一研究為天蠶素抗菌肽取代飼用抗生素提供了依據(jù)。

3.3 反芻動(dòng)物

抗菌肽制劑因具有廣譜抗病原微生物，其功能的研究和應(yīng)用為解決奶牛隱性乳腺炎提供了新思路，對(duì)引起乳房炎的無(wú)乳鏈球菌和金黃色葡萄球菌均有抗菌作用，而且能提高動(dòng)物機(jī)體抵抗力和免疫應(yīng)答能力，可提高乳腺健康水平，減少奶中體細(xì)胞數(shù)，改善牛乳品質(zhì)，同時(shí)能提高奶牛精料采食量以及產(chǎn)奶量。徐名能（2011）[11]報(bào)道日糧添加劑50 g／（頭·d）抗菌肽制劑能極顯著地降低牛乳體細(xì)胞數(shù)75.86%（PO.05），并在一定程度上可防止隱性乳房炎的發(fā)生。宋麗華（2011）[12]選取隱性乳房炎患牛87頭分為3個(gè)處理組，分別添加抗菌肽制劑0g/d·頭、100g/d·頭、50g/d·頭。結(jié)果顯示，高劑量試驗(yàn)組痊愈率和體細(xì)胞降低數(shù)低高劑量組共26頭奶牛痊愈，2頭有效，痊愈率65%；低劑量組共31頭奶牛痊愈，痊愈率77.5%；高劑量組試驗(yàn)前體細(xì)胞數(shù)為136.45×104個(gè)/ml，試驗(yàn)后為44.02×104個(gè)/ml，降低67.74%；低劑量組試驗(yàn)前體細(xì)胞數(shù)為107.50×104個(gè)/ml，試驗(yàn)后為32.76×104個(gè)/ml，降低69.53%。

3.4 水產(chǎn)養(yǎng)殖

在水產(chǎn)飼料中添加抗菌肽能夠提高魚(yú)蝦等水產(chǎn)動(dòng)物抵抗病原微生物侵害的能力，表現(xiàn)出獨(dú)特的抗菌性能和促生長(zhǎng)作用，在替代黃霉素、喹烯酮和喹乙醇等抗菌藥方面有較好的優(yōu)勢(shì)。王廣軍等（2005）[13]報(bào)道，在飼料中添加抗菌肽對(duì)南美白對(duì)蝦的生長(zhǎng)有顯著影響，平均終末體重比對(duì)照組提高了23%，日生長(zhǎng)速度提高了58%，相對(duì)增重率提高了19%，成活率提高了9%，飼料系數(shù)降低了13%。黃滄海（2011）[14]報(bào)道，日糧中添加天蠶素抗菌肽和黃霉素在促進(jìn)羅非魚(yú)生長(zhǎng)方面優(yōu)于喹乙醇和喹烯酮。家蠅抗菌肽能顯著提高凡納濱對(duì)蝦成活率、增重率、特定生長(zhǎng)率、飼料效率（P<0.05），當(dāng)抗菌肽提取物添加量為2 000～3 000 mg/kg時(shí)，以上4個(gè)指標(biāo)均達(dá)最高，且顯著高于對(duì)照組（P<0.05）。

4 問(wèn)題與展望

化學(xué)合成抗菌肽，成本較高利于規(guī)模化生產(chǎn)，而通過(guò)基因工程，在微生物中直接表達(dá)抗菌肽基因，可能造成宿主微生物自殺而不能獲得表達(dá)產(chǎn)物。以融合蛋白的形式表達(dá)抗菌肽基因，雖然可以克服這一缺點(diǎn)，但仍有表達(dá)產(chǎn)物少的問(wèn)題。同時(shí)抗菌肽的抗菌活性機(jī)理還不是很清楚，其研究應(yīng)用大多數(shù)處于實(shí)驗(yàn)階段。動(dòng)物對(duì)各種抗菌肽的耐受濃度不同，在飼料中的添加劑量仍需進(jìn)一步研究。但由于抗菌肽的抗菌能力強(qiáng)、抗菌譜廣、種類(lèi)多，不易產(chǎn)生抗性等優(yōu)點(diǎn)，今后在醫(yī)藥、獸藥、生物飼料添加劑、食品防腐劑、動(dòng)植物抗病基因工程方面將有廣闊的應(yīng)用前景。

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