抗菌肽作為飼料添加劑的研究

檀磊

（三門峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南三門峽 472000）

濫用抗生素以及耐藥性問題在近些年來呈現(xiàn)日益加劇的趨勢(shì)，所以有效防治細(xì)菌性疾病是當(dāng)前畜牧和水產(chǎn)行業(yè)發(fā)展過程中的首要難題。近些年來，我國(guó)公共衛(wèi)生隱患不斷加劇，其根本原因是動(dòng)物源性食品藥物殘留問題，由此可見研發(fā)高效且安全的新型飼料對(duì)傳統(tǒng)添加抗生素進(jìn)行替代具有重要意義。廣譜抗菌性較高、種類較多、抗菌活性較高、無污染及無使用殘留是抗菌肽的顯著優(yōu)勢(shì)，與現(xiàn)階段社會(huì)發(fā)展中畜禽食品質(zhì)量安全的要求相符，是當(dāng)前階段對(duì)抗生素進(jìn)行替代的新型綠色飼料添加劑?？咕囊蚱浔姸鄡?yōu)勢(shì)成為現(xiàn)階段專家學(xué)者研究的重要課題和方向，已經(jīng)被應(yīng)用于畜牧業(yè)的生產(chǎn)領(lǐng)域，下面本文展開詳細(xì)論述。

1 抗菌肽的分類和功能

1.1 分類

抗菌肽分類的方法相對(duì)較多，本文通過結(jié)構(gòu)特征、氨基酸組成和抗菌肽來源進(jìn)行的兩種分類。按照結(jié)構(gòu)特征可以具體分為伸展性螺旋結(jié)構(gòu)類抗菌肽、含有α-螺旋結(jié)構(gòu)的抗菌肽、β-折疊型抗菌肽、具有環(huán)鏈結(jié)構(gòu)的抗菌肽四個(gè)種類；氨基酸組成和抗菌肽來源進(jìn)行劃分主要包含細(xì)菌抗菌肽、植物抗菌肽、兩棲動(dòng)物抗菌肽、昆蟲抗菌肽以及哺乳動(dòng)物抗菌肽等。

1.2 功能

有眾多因素都會(huì)直接影響抗菌肽的活性，比如電荷量、序列數(shù)、疏水程度、雙親性、分子大小、結(jié)構(gòu)及構(gòu)象等。將其生物功能簡(jiǎn)單整理如下：

第一，殺傷細(xì)菌。眾多研究已經(jīng)證實(shí)了抗菌肽的抗菌活性，其具有殺菌速度快、抗菌廣譜等特點(diǎn)。國(guó)內(nèi)外相關(guān)報(bào)道內(nèi)容顯示抗菌肽可至少殺滅113種不同類型的細(xì)菌。

第二，殺傷真菌。將采用分離手段從蛙皮膚中獲取的一種小分子肽稱之為蛙皮素，其在預(yù)防和治療革蘭氏陽(yáng)性菌與革蘭氏陰性菌方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。有實(shí)踐表明應(yīng)用于真菌治療中可發(fā)揮較強(qiáng)的作用[1]。蛙皮素屬于細(xì)胞內(nèi)源性殺菌多肽種類范圍內(nèi)，分離動(dòng)物體內(nèi)的吞噬細(xì)胞可對(duì)其進(jìn)行獲取，其延續(xù)所有抗菌肽抗菌性廣譜的特征，應(yīng)用于革蘭氏陽(yáng)性菌的治療中也顯著殺傷作用，因此可廣泛應(yīng)用部分真核細(xì)胞和真菌的治療中。

第三，殺傷原蟲與寄生蟲。原蟲蛙皮素具有非常強(qiáng)的殺傷作用，可將變形蟲、四膜蟲以及草履蟲直接殺死。

第四，殺傷病毒。處于亞毒性濃度環(huán)境下時(shí)，風(fēng)毒素與天蠶素可通過對(duì)病毒基因的有效遏制，達(dá)成良好抑制HIV-1病毒的增殖的目的。應(yīng)用于皰疹病毒HSV-1和HSV-2的預(yù)防和治療中，在爪蟾中提取的抗菌肽與它類抗菌肽相比作用更加顯著，并且可直接作用至病毒被膜。

第五，殺傷癌細(xì)胞。有眾多醫(yī)學(xué)研究結(jié)果證實(shí)，抗菌肽在對(duì)癌癥細(xì)胞株進(jìn)行殺滅的過程中具有選擇性，不僅可達(dá)成有效殺傷癌細(xì)胞的目的，而且不會(huì)影響正常哺乳動(dòng)物細(xì)胞或者昆蟲細(xì)胞。有專家認(rèn)為，其此種選擇性特征受細(xì)胞骨架的直接影響。目前有研究結(jié)果證實(shí)抗菌肽殺傷癌細(xì)胞的作用和使用劑量存在直接關(guān)系[2]。

2 抗菌肽作用機(jī)理

目前抗菌肽的研究已經(jīng)趨于成熟，眾多研究結(jié)果都表明因抗菌肽種類的不同其抑菌機(jī)制存在一定差異，當(dāng)前階段尚不具有可對(duì)抗菌肽作用機(jī)理進(jìn)行完整解釋的理論。但是絕大部分專家學(xué)者都認(rèn)為質(zhì)膜發(fā)生作用和物理方式是抗菌肽發(fā)揮作用的核心。

2.1 細(xì)胞膜電勢(shì)依賴性通道的形成

研究結(jié)果顯示[2]兩親性α-螺旋結(jié)構(gòu)是大部分抗菌肽分子的結(jié)構(gòu)共性，而且會(huì)攜帶一定量的正電荷，進(jìn)而有效保障抗菌肽抑菌、殺菌作用。抗菌肽分子結(jié)構(gòu)中的正電荷可利用靜電吸引，并通過靜電吸引使細(xì)菌質(zhì)膜磷脂分子上的負(fù)電荷越發(fā)接近，膜內(nèi)分子會(huì)隨著兩親α-螺旋的插入進(jìn)行位移，離子通道由此形成，嚴(yán)重影響細(xì)菌滲透壓的平衡環(huán)境，造成細(xì)菌的死亡。

2.2 抑制細(xì)胞壁的形成

Sarcotoxin對(duì)細(xì)菌細(xì)胞壁的形成有積極的抑制作用，并且由姚朔影與劉先凱等人的研究結(jié)果進(jìn)行證實(shí)。在抗菌肽的作用下細(xì)菌的正常形態(tài)無法維持，其生長(zhǎng)也會(huì)受到較大阻礙，但是其無法作用已經(jīng)形成的細(xì)胞壁。

2.3 對(duì)細(xì)胞呼吸的抑制作用

開展40μmol/L的Thanatin進(jìn)行細(xì)菌處理的實(shí)驗(yàn)，抗菌肽作用短時(shí)間可降低細(xì)菌的呼吸作用，抗菌肽作用發(fā)揮超過6h后會(huì)細(xì)菌呼吸作用完全停止[3]。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)Thanatin有效抑制、有效殺菌的目的通過對(duì)細(xì)菌細(xì)胞呼吸作用的抑制達(dá)成。

2.4 分析抑制細(xì)胞外膜蛋白合成的作用

現(xiàn)階段已經(jīng)有研究對(duì)Attacins可有效干擾大腸桿菌細(xì)胞外模蛋白基因轉(zhuǎn)路的理論進(jìn)行證實(shí)，在Attacins的作用下有效降低了蛋白合成量并切實(shí)提高了細(xì)胞膜的通透率，以此發(fā)揮其對(duì)細(xì)菌生長(zhǎng)的有效抑制作用。

2.5 影響病原體與腫瘤細(xì)胞染色體

研究表明，抗菌肽于腫瘤細(xì)胞染色體DNA和病原體都有斷裂作用?？咕渥饔糜隗w外培養(yǎng)的癌細(xì)胞時(shí)，可使其細(xì)胞膜上形成空洞，其內(nèi)容物會(huì)發(fā)生外滲的情況，線粒體空泡化的現(xiàn)象發(fā)生[4]。此外，抗菌肽還具有對(duì)機(jī)體免疫機(jī)能有效調(diào)節(jié)的作用，由體液免疫方面對(duì)機(jī)體抵御疾病的能力進(jìn)行提升。

3 抗菌肽在畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的具體應(yīng)用

3.1 應(yīng)用于動(dòng)物疾病預(yù)防

抗菌肽因自身特性和眾多優(yōu)勢(shì)成為現(xiàn)階段臨床中代替抗生素使用的一種新型物質(zhì)，可有效降低抗生素在臨床中的使用率。馬衛(wèi)明等[5]人的研究結(jié)果表明豬小腸抗菌肽可抑制多種致病菌，但是其抑制作用存在一定差異。鴨盲腸微生物菌落數(shù)受到蠶抗菌肽-AD制劑的各類影響由陳曉生等人[6]進(jìn)行了系統(tǒng)對(duì)比和分析，分析結(jié)果證實(shí)抗菌作用單一是金霉素的一大弊端，只能相對(duì)顯著的抑制乳酸菌；對(duì)于抗菌肽而言而可顯著抑制兩種菌，所以，雛鴨腸道微生物菌群可利用抗菌肽達(dá)成平衡能力有效調(diào)節(jié)的目的。

3.2 提升動(dòng)物生產(chǎn)性能

抗菌肽是一種新型高效的綠色飼料添加劑，當(dāng)前階段應(yīng)用在畜牧生產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域得到相對(duì)廣泛的應(yīng)用[7]。大量實(shí)踐數(shù)據(jù)表明，飼料中添加抗菌肽，可在發(fā)揮抗菌作用的同時(shí)不對(duì)細(xì)菌的耐藥性產(chǎn)生影響。此外，動(dòng)物服用添加抗菌肽的飼料并不會(huì)產(chǎn)生殘留，對(duì)畜禽身生產(chǎn)性能和畜禽產(chǎn)品品質(zhì)的有效提升有十分積極的意義。溫劉發(fā)[8]等人就粵黃雞進(jìn)行了相應(yīng)的飼養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，將抗菌肽添加在小雞的飲用水中，不僅有利于推進(jìn)小雞的生長(zhǎng)，而且可達(dá)成有效降低排泄物中氮含量的目的。汪以真等[9]研究證實(shí)（豬乳鐵蛋白）抗菌肽可在調(diào)節(jié)微生態(tài)平衡的基礎(chǔ)上推進(jìn)有益菌的生長(zhǎng)于動(dòng)物的健康生長(zhǎng)有十分積極的作用。此外，將抗菌肽對(duì)比抗生素，對(duì)比結(jié)果顯示抗菌肽不僅可使得生產(chǎn)成本較大程度降低，而且于動(dòng)物的生長(zhǎng)有十分積極的意義，推動(dòng)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的提升，我國(guó)畜牧和水產(chǎn)行業(yè)得以進(jìn)一步發(fā)展。

4 抗菌肽作為添加劑的使用前景

畜牧業(yè)領(lǐng)域和水產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域內(nèi)疾病種類的增多，一定程度提升了抗生素濫用的概率，多種治病細(xì)菌耐藥性增加的情況由此發(fā)生，甚至存在部分超級(jí)細(xì)菌抗生素治療無效的現(xiàn)象。畜禽飼養(yǎng)過程中病原體變異情況存在一定的可能性，一旦病原體發(fā)生變異，會(huì)使得原本十分典型的臨床癥狀變得不明顯、不突出，原本已經(jīng)得到良好控制的疾病在此大范圍流行起來，新的病源也持續(xù)出現(xiàn)，會(huì)對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成非常嚴(yán)重的影響。

良好的抑菌和殺菌作用是抗菌肽的顯著優(yōu)勢(shì)，將其作為飼料添加劑使用還可有效抑制飼料霉變的情況。畜禽對(duì)含有抗菌肽的飼料采食之后，不僅可調(diào)節(jié)其體內(nèi)微生態(tài)的平衡狀態(tài)，還可做到對(duì)其腸道內(nèi)病菌的有效抑制，并且殘留情況基本可以忽略不計(jì)，細(xì)菌的耐藥性也不會(huì)因此增加。實(shí)踐證實(shí)將抗菌肽添加在動(dòng)物日糧中，不僅有利于動(dòng)物生長(zhǎng)性能的提升，而且可對(duì)其腸道功能進(jìn)行改善，大幅度提升動(dòng)物的抵抗能力，所以可將抗菌肽稱之為目前可添加于飼料中的一種高效、優(yōu)質(zhì)抗生素替代品?？咕娘暳咸砑觿┮呀?jīng)被國(guó)內(nèi)外眾多企業(yè)研發(fā)成功，并在畜牧生產(chǎn)行業(yè)進(jìn)行實(shí)踐應(yīng)用，由此可見抗菌肽是具有較大應(yīng)用潛能的一種綠色飼料添加劑。

此外，抗菌肽于生物醫(yī)藥領(lǐng)域中的應(yīng)用前景也十分廣闊，生產(chǎn)活動(dòng)的革命性變革會(huì)由抗菌肽的應(yīng)用引發(fā)，但是抗菌肽市場(chǎng)化的全面應(yīng)用具有較大挑戰(zhàn)。第一，生產(chǎn)成本高昂。通常情況下，動(dòng)物機(jī)體內(nèi)僅僅含有極少量的天然抗菌肽分子量，對(duì)其進(jìn)行分離純化的難度非常大；應(yīng)用化學(xué)合成技術(shù)合成抗菌肽會(huì)大幅度提升生產(chǎn)成本，對(duì)于商品化需求，當(dāng)前的技術(shù)水平無法進(jìn)行充分滿足。因此，需要致力于抗菌肽成本的降低和生產(chǎn)技術(shù)的提升。第二，抗菌肽安全性以及活性問題。目前，抗菌肽臨床實(shí)踐應(yīng)用處于初始階段，雖然基因工程抗菌肽和天然抗菌肽一級(jí)結(jié)構(gòu)大致統(tǒng)一，但其空間對(duì)比的差異性非常大，目前還無法對(duì)其活性與天然產(chǎn)物完全一致的理念進(jìn)行證實(shí)。此外，需要通過大量生物安全評(píng)估檢測(cè)方法對(duì)抗菌肽的安全隱患進(jìn)行測(cè)定，證實(shí)不具有安全隱患后才可大量投入生產(chǎn)和應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在長(zhǎng)期協(xié)同化作用下，部分病源微生物有進(jìn)化出獨(dú)特有效抗性機(jī)制的可能，雖然相比抗生素此種可能性要更小一些，但是對(duì)抗菌肽進(jìn)行應(yīng)用時(shí)還是需要嚴(yán)格把控計(jì)量，以達(dá)成對(duì)耐藥性出現(xiàn)有效杜絕的目的[10]。近些年來，各國(guó)專家學(xué)者持續(xù)開展深入的抗菌肽研究，上述各項(xiàng)問題解決方法的找出只是時(shí)間問題，但是抗菌肽作為一種新型綠色飼料添加劑，在畜禽生產(chǎn)行業(yè)會(huì)有廣泛的應(yīng)用空間。

5 結(jié)語(yǔ)

食品藥物殘留是影響我國(guó)畜禽行業(yè)進(jìn)一步發(fā)展的首要因素，所以必須對(duì)其進(jìn)行解決?？咕囊云鋸V譜抗菌性較高、抗菌活性較高、種類較多等眾多優(yōu)勢(shì)受到眾多專家學(xué)者的關(guān)注和重視，并將其用作飼料添加劑。由現(xiàn)階段的實(shí)踐應(yīng)用效果來看，飼料中添加抗菌肽可顯著提升動(dòng)物抵抗細(xì)菌侵害的能力，對(duì)其健康生長(zhǎng)有十分積極的作用。但是，抗菌肽在作為飼料添加劑應(yīng)用的過程中還具有較多挑戰(zhàn)，專家學(xué)者需要持續(xù)致力于其抑菌、殺菌機(jī)理的研究，抗菌肽的優(yōu)勢(shì)和作用。