生物抗菌肽研究進展及在植物蛋白飼料中的應(yīng)用

□楊 闖 王俊玲 王勝男

目前飼料工業(yè)上多采用向其中添加抗生素來預(yù)防和控制飼養(yǎng)的畜禽幼仔生病及死亡，近年來，抗生素的濫用導(dǎo)致耐藥病原菌出現(xiàn)，致使一些傳染性疾病已難以治療并且日益惡化，因此可替代抗生素的飼料添加劑的研發(fā)受到人們的廣泛關(guān)注。抗菌肽(antimicrobial peptide)原指生物體內(nèi)經(jīng)誘導(dǎo)而產(chǎn)生的一類防御性多肽活性物質(zhì)，可有效地抑制病原體生長，廣泛分布于病毒、細菌以及各種動植物體內(nèi)，具有抗氧化、抗炎、抑菌以及不易產(chǎn)生耐藥性等生理作用，食用安全性非常高。將其添加到植物蛋白飼料中，可以起到抑菌防腐的作用，其分子量較小，一般在2 ～7kD 左右，由20 ～60 個氨基酸殘基組成，易于被動物體消化吸收，因此，抗菌肽有望開發(fā)成為新一代抗菌劑和防腐劑是當前我國的研究熱點。

一、抗菌肽的種類

(一)天蠶素。天蠶素(cecropins)是第一個由Boman 等發(fā)現(xiàn)的動物抗菌肽，這類抗菌肽一般含有37 ～39 個氨基酸殘基，分子量約4kD，其中僅含較少的半胱氨酸，往往均不能形成分子內(nèi)的二硫鍵，多肽的N 端區(qū)域有強堿性，酰胺化的C 端具有強疏水性，對其抗菌活性起到重要作用。

(二)防御素。1985年，美國加州大學(xué)Robert Lehrer 博士首次命名防御素(defensins)。天然的防御素分布極為廣泛，大多數(shù)由38 ～43 個氨基酸殘基組成，分子內(nèi)3 個二硫鍵由6 個保守的半胱氨酸構(gòu)成，根據(jù)其二硫鍵位置的不同可分為α－防御素、β－防御素、θ－防御素3 類，二硫鍵與抗菌活性密切相關(guān)。

(三)蛙皮素。蛙皮素(bombesin，BN)最初是Zasloff 等在非洲爪蟾皮膚和胃黏膜腺體上皮細胞中得到的小分子多肽，多肽中富含脯氨酸，帶正電荷，其C 端氨基酸序列非常保守，在發(fā)揮生物活性時是非常重要的部位。N 端富含脯氨酸和甘氨酸，分別形成P 結(jié)構(gòu)域和G 結(jié)構(gòu)域。根據(jù)氨基酸殘基數(shù)目又可分為小分子肽類和大分子肽兩大類。小分子肽類由15 ～43 個氨基酸殘基組成，而分子量較大的多肽，由83 個氨基酸殘基組成。

(四)蜂毒素。蜂毒素(Melittin)是蜜蜂毒液的一種多肽，是由26 個氨基酸組成的，氨基酸殘基上不具修飾基團，因其不含或含少量半胱氨酸多無法形成分子內(nèi)二硫鍵，甘氨酸含量較高，這是多數(shù)蜂毒素的共同特點。蜂毒素的分子量為8 ～27kD左右，在結(jié)構(gòu)上可在富含脯氨酸的N 端形成一個P 結(jié)構(gòu)域，而在富含甘氨酸的C 端形成一個G 結(jié)構(gòu)域，這兩種結(jié)構(gòu)域的形成與其廣譜抗菌作用有關(guān)。但是蜂毒素的溶血性較強，對其廣泛的應(yīng)用有了一定的限制。

二、抗菌肽的作用機制

經(jīng)科學(xué)家們大量研究證明，不同來源，不同結(jié)構(gòu)的抗菌肽作用機制有所不同，目前已經(jīng)提出了以下幾種。

(一)胞膜攻擊作用。抗菌肽可作用于生物的細胞膜，在細胞膜上形成跨膜離子通道后改變了其通透性，破壞細胞膜的穩(wěn)定性，形成穿孔造成胞外有害物質(zhì)沿破壞的細胞膜進入細胞內(nèi)，同時也可引起細胞內(nèi)容物外泄，從而殺死細胞。

(二)線粒體攻擊作用。在抗菌肽作用于細菌的線粒體時，研究中發(fā)現(xiàn)某些抗菌肽在穿過細胞膜進入細胞質(zhì)后，可以定位于線粒體上的相應(yīng)位點上，使線粒體出現(xiàn)空泡化及內(nèi)溶物滲出等現(xiàn)象，進而阻礙或抑制細胞呼吸，從而對細胞造成殺傷。

(三)癌細胞骨架的斷裂作用。在生物體內(nèi)的腫瘤細胞中，抗菌肽可插入細胞骨架系統(tǒng)發(fā)育不完善的細胞質(zhì)膜上，磷脂雙分子層溶解，導(dǎo)致腫瘤細胞結(jié)構(gòu)破壞，同時確保了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的真核生物細胞膜的安全性。

三、抗菌肽在飼料中的應(yīng)用

在以往的飼料防腐中，化學(xué)防腐劑在生產(chǎn)中發(fā)揮著重要的作用，但它作為動物飼料添加劑有著一定的缺點即毒副作用;而天然抗菌肽防腐劑其本質(zhì)是蛋白質(zhì)，屬于生物防腐劑范疇，最終降解成氨基酸，被動物消化吸收，無毒副作用，使用安全，不會對畜禽消化系統(tǒng)造成損傷，如乳酸鏈球菌肽已在50 多個國家和地區(qū)被廣泛應(yīng)用于食品的防腐保鮮。

將抗菌肽作為添加劑加入到由大豆豆粕等制備的飼料中，可以起到很好的保鮮、預(yù)防霉變的作用。飼料飼喂畜禽后，又可抑制腸道病菌繁殖，且畜禽不產(chǎn)生耐藥性，直接消化吸收，在體內(nèi)不殘留?？咕囊虼丝梢宰鳛閯游镲暳弦环N綠色、天然添加劑。

某些抗菌肽對部分真菌、原蟲、病毒及癌細胞等均具有強有力的殺傷作用。抗菌肽又具有熱穩(wěn)定性，可在飼料加工過程中保持自身的生物活性。

除直接向飼料中添加抗菌肽外，還可將抗菌肽基因轉(zhuǎn)化到酵母中進行表達，生產(chǎn)新型抗菌肽制劑，用于畜禽飼料添加劑及獸藥，對畜禽及水產(chǎn)疾病等的預(yù)防和治療有很好的效果。

抗菌肽還具有促進畜禽生長和保健的作用。在豬仔日糧中添加少量的抗菌肽能顯著增加豬的體重，同時可以使飼料利用效率得到有效提高，減少飼料成本，提升經(jīng)濟效益。同樣在飼喂肉雞的試驗中，抗菌肽也能夠預(yù)防與治療疾病的同時提高肉雞飼料轉(zhuǎn)化率及成活率，促進小雞生長速度，增加雞的體重及減少死淘率而提高飼料經(jīng)濟效率。在蛋雞基礎(chǔ)日糧中添加抗菌肽制品后，可以使蛋雞的產(chǎn)蛋率和蛋殼硬度提高。抗菌肽具有以上效果，其原因可能與抗菌肽多肽鏈的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)與功能密切相關(guān)，在抗菌肽參與機體的生命活動下，促進畜禽生產(chǎn)性能的提高。

抗菌肽產(chǎn)業(yè)是一個新興的高科技生物工程和生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)。由于早期的生物工程方法不完善，抗菌肽的提取成本很高，限制了其在植物蛋白工程領(lǐng)域的應(yīng)用。隨著轉(zhuǎn)基因技術(shù)的進一步發(fā)展，現(xiàn)已可以使用工程細菌或酵母菌進行抗菌肽的大量生產(chǎn)，但其核心技術(shù)僅被為數(shù)不多的科學(xué)家和公司掌握?？咕奶砑觿┦菧p少動物疫病發(fā)生，提高畜產(chǎn)品質(zhì)量的有效途徑之一，相比傳統(tǒng)抗生素，其具有很多優(yōu)點，己經(jīng)取得的大量研究結(jié)果表明，抗菌肽完全具備替代抗生素的能力。隨著人們對自身健康的重視程度日漸增加，相信隨著對抗菌肽作用機制更加深入的了解，通過基因工程手段有目的地對抗菌肽進行設(shè)計與改造，更多富含抗菌肽的綠色飼料添加劑將被開發(fā)出來，大力促進我國畜牧業(yè)的發(fā)展。