莫能菌素綜合研究進展

摘要：科學合理使用抗生素以保障動物健康促進食品安全始終是抗生素研究的熱點，特別是隨著生活水平的提高，人們對食品安全的關注度也越來越高。莫能菌素是一種聚醚類離子載體抗生素，在抗球蟲、提高奶牛產(chǎn)奶量、促進畜禽生長等方面發(fā)揮著重要作用，且它具有高效、廣譜、低殘留、耐藥性產(chǎn)生緩慢等優(yōu)勢。目前，在國內(nèi)外的畜禽養(yǎng)殖生產(chǎn)中被廣泛應用。本文通過對莫能菌素的發(fā)展歷史、作用機理、生物合成、應用等內(nèi)容進行綜合闡述，為莫能菌素在畜牧養(yǎng)殖業(yè)中的進一步應用提供參考。

關鍵詞：莫能菌素；發(fā)展史；作用機理；生物合成；應用

1 莫能菌素的發(fā)展史

莫能菌素，也可以稱作莫能霉素、瘤胃素，1967年E Haney等人第一次從肉桂地鏈霉菌（streptomyces cinnamonensis）發(fā)酵液中分離得到莫能菌素，并隨之發(fā)現(xiàn)了它具有抗球蟲的作用，以及能夠減少禽的死亡率和提高畜禽的飼料利用率。1968年，莫能菌素被歸為聚醚類抗生素大類，美國禮來公司在1971年將莫能菌素商品化，主要是用作雞的抗球蟲藥投放市場。隨著研究的深入，莫能菌素對其他一些動物的球蟲病如兔子、羔羊、犢牛等也被證實，目前莫能菌素已在世界上40多個國家廣泛使用。

2 莫能菌素的化學結構及性質(zhì)

莫能菌素屬于聚醚離子載體類抗生素，主要由微生物發(fā)酵產(chǎn)生，通常是以鈉鹽的形式（monensin sodium）被用作獸藥和飼料添加劑。其分子結構包含一個環(huán)狀聚醚骨架和若干個側(cè)鏈，能夠與單價陽離子（如Na+、K+）形成穩(wěn)定的復合物，從而影響細胞膜的滲透性和電位。莫能菌素的純品為白色或白色結晶粉末，有輕微的特殊臭味，容易在甲醇、乙醇、氯仿等有機溶劑中溶解，幾乎不溶于水。莫能菌素有四種酸性成分，其中A、B是主要組分，占85%-95%，C、D組分小于1%。莫能菌素的鈉鹽在酸性條件下表容易失活，但在堿性條件下非常穩(wěn)定，經(jīng)干燥結晶后能長期保存，在飼料中的穩(wěn)定性也很好[1]。

3 莫能菌素藥理學研究進展

基于莫能菌素在畜牧養(yǎng)殖業(yè)中的廣泛應用，近年來，對它藥理學的研究報道也越來越多。除了獸醫(yī)領域的研究，人類醫(yī)學領域主要是圍繞抗癌和抗腫瘤這兩大方面開展。2002年，有人針對莫能菌素體外抗惡性細胞增殖進行研究，發(fā)現(xiàn)莫能菌素能夠抑制人類多種淋巴瘤細胞系、骨髓瘤細胞系的增殖，從而阻斷細胞循環(huán)，并引起細胞凋亡[2]。在以后的研究中，相繼有研究人員發(fā)現(xiàn)莫能菌素能夠抑制前列腺癌細胞的增殖，促進其凋亡；可以通過調(diào)節(jié)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的壓力來阻斷膠質(zhì)瘤細胞的生長以及對上皮細胞間質(zhì)轉(zhuǎn)化樣細胞有顯著的特異性選擇和毒性[3-4]。

4 莫能菌素作用機理

莫能菌素的作用機制主要涉及離子通道的調(diào)節(jié)，這得益于它的離子載體功能。莫能菌素主要作用于球蟲生活史的早期階段，也就是子孢子至第一代裂殖體發(fā)育階段，通過干擾球蟲細胞內(nèi)Na+、K+的正常交換，使大量Na+進入細胞內(nèi)，造成Na+在細胞內(nèi)濃度增高，滲透壓上升，最終使得細胞內(nèi)外的離子濃度失去平衡，代謝紊亂，細胞能量耗盡。而且高濃度的Na+會干擾細胞的正常代謝過程，包括能量產(chǎn)生和蛋白質(zhì)合成，從而阻止球蟲的進一步發(fā)育和繁殖。此外，由于細胞內(nèi)的離子增多，大量水滲入細胞，細胞腫脹，最后導致破裂。同時，莫能菌素還具有調(diào)節(jié)瘤胃代謝的作用，幫助增加瘤胃中丙酸的產(chǎn)量，提高飼料轉(zhuǎn)化效率。莫能菌素通過調(diào)節(jié)瘤胃微生物，能夠提高飼料中營養(yǎng)成分的消化率，減少能量浪費，從而提高動物的生長速率和飼料轉(zhuǎn)化效率。

5 莫能菌素的生物合成

據(jù)報道，英國科學家在2003年從肉桂地鏈霉菌工業(yè)生產(chǎn)菌株中克隆到了莫能菌素生物的合成基因簇，該基因簇一共含有8個I型 PKS 模塊，PKS即Polyketide Synthase聚酮合成酶，這是一個復雜的酶體系，它可以催化包括縮合、還原、脫水以、氧化等步驟，從而構建出莫能菌素的聚醚環(huán)骨架結構[1]。丙二酰輔酶A是莫能菌素酮聚合成途徑的起始單位，可以為莫能菌素合成培養(yǎng)基提供更多的碳源，從而促進莫能菌素的合成。目前莫能菌素已經(jīng)實現(xiàn)了大規(guī)模的發(fā)酵生產(chǎn)，對于培養(yǎng)基中碳濃度、種類等因素對莫能菌素合成的影響已經(jīng)有很多研究，特別是隨著航天育種、基因組學、合成生物學的發(fā)展，研究人員發(fā)現(xiàn)了很多莫能菌素合成細節(jié)內(nèi)容，這可以為今后莫能菌素進一步提高產(chǎn)量或者開發(fā)新的聚醚類離子載體抗生素提供了可能。

6 莫能菌素生產(chǎn)工藝

莫能菌素是依靠發(fā)酵生產(chǎn)的，其發(fā)酵菌種為肉桂地鏈霉菌，菌種的生產(chǎn)能力直接影響著發(fā)酵水平。受市場大環(huán)境的影響，養(yǎng)殖端降本增效成為主流，因此國內(nèi)莫能菌素生產(chǎn)廠家更加注重發(fā)酵水平的提高、生產(chǎn)工藝的改進、生產(chǎn)效率的提高和生產(chǎn)成本的下降。目前，莫能菌素生產(chǎn)的主流工藝是，菌種經(jīng)過發(fā)酵后，發(fā)酵液通過一系列預處理工藝，再與輔料混合，通過混合等制劑加工工藝，分裝、包裝做成顆粒劑或者預混劑。莫能菌素的產(chǎn)品質(zhì)量與生產(chǎn)過程中用的原料、輔料、內(nèi)控標準等有關，產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)劣將會直接影響臨床使用效果。

7 莫能菌素的應用

莫能菌素在畜禽養(yǎng)殖業(yè)中被廣泛使用，主要作用是抗球蟲、提高飼料轉(zhuǎn)化率、促進畜禽生長、提高奶牛產(chǎn)奶量等。

1）莫能菌素在反芻動物養(yǎng)殖中的應用

莫能菌素在反芻動物中的應用主要是通過調(diào)節(jié)瘤胃內(nèi)環(huán)境而發(fā)揮作用促生長、提高產(chǎn)奶量等重要作用的。莫能菌素可以通過減少瘤胃中甲烷氣體的產(chǎn)生，從而提高牛羊等反芻動物的日增重和飼料利用率，顯著提高經(jīng)濟效益。同時，甲烷產(chǎn)生的減少，對于減輕溫室效應氣體排放和環(huán)境保護具有非積極的作用。莫能菌素通過調(diào)控反芻動物瘤胃內(nèi)揮發(fā)性脂肪酸的生成比例，提高丙酸的產(chǎn)生，丙酸是葡萄糖合成的重要碳源之一；莫能菌素還可以抑制甲烷的產(chǎn)生，增強了分解淀粉的能力。莫能菌素通過干擾瘤胃中蛋白質(zhì)的分解速率，抑制過量蛋白質(zhì)的降解，使更多蛋白被腸道吸收，起到促生長的作用。反芻動物養(yǎng)殖生產(chǎn)中使用莫能菌素，能夠提升奶牛的產(chǎn)奶量，降低乳脂率。同時，對于提高屠宰過程中的凈肉率、對胴體性狀和屠宰率均有影響。而且莫能菌素可以提高反芻動物對干物質(zhì)的利用率、日糧中粗蛋白的消化率等，顯著影響營養(yǎng)物質(zhì)的消化代謝等。此外，通過優(yōu)化動物的能量代謝，幫助維持血糖水平，減少酮體生成，從而降低酮病發(fā)生的風險，可以輔助預防牛的亞臨床酮病。

長期以來，國外企業(yè)壟斷著莫能菌素在養(yǎng)牛業(yè)上的應用，近兩年，隨著國家藥政藥事法規(guī)的變化，國內(nèi)有多家企業(yè)通過藥品注冊、獸藥比對試驗等途徑，也成功增加靶動物牛，壯大了國產(chǎn)品牌，也有助于生產(chǎn)現(xiàn)場進一步降本增效。

2）莫能菌素在家禽養(yǎng)殖中的作用

隨著國家法規(guī)的調(diào)整，限制和禁止抗生素的使用一度成為熱點話題，但是國內(nèi)外禁抗實踐表明，這在一定程度上影響了養(yǎng)殖效益，造成畜禽死亡率提高、養(yǎng)殖成本增加，特別是在國內(nèi)，中小型的散養(yǎng)戶居多的情況下，只有強調(diào)科學、合理的使用抗生素才是促進養(yǎng)殖業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展的手段。

球蟲是對國內(nèi)養(yǎng)殖業(yè)，特別是家禽養(yǎng)殖業(yè)中的一項重要疾病，全球因球蟲感染造成的損失每年高達30億美元，因此，做好球蟲防控對健康養(yǎng)殖非常重要。莫能菌素等離子載體類抗生素的一個重要功能就是防治球蟲感染，離子載體抗生素獨特的作用機制，使其不易產(chǎn)生耐藥性，在畜牧養(yǎng)殖業(yè)中被廣泛應用，特別是在家禽養(yǎng)殖中，莫能菌素是重要的抗球蟲藥物，也是聚醚類離子載體抗球蟲藥中最常用的抗球蟲藥，還可以協(xié)助控制腸炎發(fā)生，是輪換用藥和穿梭用藥的首選藥。據(jù)報道，莫能菌素在兔、牛、鴨等動物養(yǎng)殖中均有較好的抗球蟲效果。莫能菌素還具有一定的抗菌作用，對金黃色葡萄球菌等革蘭氏陽性菌有一定的抗菌效果，獸醫(yī)臨床實踐中，一般是與防治畜禽腹瀉、腸炎的藥物配伍使用，具有良好的協(xié)同作用。使用莫能菌素時，要按照使用劑量和說明書，因為一些動物比如馬和驢對莫能菌素非常敏感，少量即可引起中毒，甚至死亡。

近年來，隨著對莫能菌素作用機制的深入理解和研究，它更多領域的潛在應用也逐漸顯現(xiàn)，多項研究都表明莫能菌素有抗癌、抗病毒等的潛在作，而且作為天然的抗菌劑，莫能菌素還可以控制水體中藻類的過度生長，以此減少化學消毒劑的使用，利于生態(tài)環(huán)境保護。

8 結論與展望

在現(xiàn)階段的畜牧養(yǎng)殖業(yè)生產(chǎn)中，莫能菌素對于畜禽疾病的防控、生長促進、奶牛產(chǎn)奶量提升等有著非常重要的作用，從而對養(yǎng)殖生產(chǎn)中經(jīng)濟效益的提高十分重要。雖然莫能菌素在畜禽疾病防控和健康養(yǎng)殖中有很重要的作用，但是如果沒有科學、合理的使用，也會造成十分不利的影響，比如使動物中毒，大劑量長期使用造成耐藥性增加、殘留增加，進而影響到人類健康等。因此，對于莫能菌素的使用也存在頗多的爭議，畢竟食品安全和生態(tài)環(huán)境保護越來越受到人們重視，如何科學、合理使用，在發(fā)揮最大經(jīng)濟效益的同時能夠確保食品和環(huán)境安全，是需要聚焦的問題。但是基于食品安全和人類健康的考慮，未來的研究要更加關注莫能菌素在實際應用中的安全性和有效性，包括不同動物的使用安全劑量等。同時，探索在合成生物學大背景下，莫能菌素的菌種選育、工藝優(yōu)化等，為養(yǎng)殖業(yè)提供更加經(jīng)濟有效的藥品，并不斷探索其在畜牧養(yǎng)殖領域中的潛在應用，以促進動物健康和人類健康。

本文綜合闡述了莫能菌素的作用機理、應用、生產(chǎn)工藝等內(nèi)容，提供了對于莫能菌素的詳細介紹，為莫能菌素的進一步合理使用提供了理論基礎。

參考文獻：

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