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抗菌肽用作饲料添加剂代替抗生素的优势和效果
POST TIME:2014/12/09 08:37:40

抗生素作为饲料添加剂应用于畜禽,可抑制畜禽消化道内病原微生物的生长和繁殖,增强畜禽的抗病能力;但是,长期、广泛、不加选择地使用抗生素,导致很多病原微生物对现有的抗生素产生了耐药性,新德里金属-β-内酰胺酶1(NDM-1)超级细菌的出现,更是引起了全世界对病菌耐药性问题的极大重视。因此,抗生素被新型的无公害添加剂所替代是必然趋势。

  抗菌肽(ABP),也称肽类抗生素、抗微生物肽或天然抗生素,是动物免疫防御系统在诱导条件下产生的一类对抗外源性病原体的防御性阳离子肽类活性物质,是生物体天然免疫防御系统的一个重要组成部分。抗菌肽不仅具有广谱抗细菌的活性,而且具有高效抗真菌、抗肿瘤、抗病毒的活性,具备新型药物开发的巨大潜力。使用无毒无公害的抗菌肽代替抗生素已成为当前国内外饲料学科的一项重要研究内容。

  1 抗菌肽的概况

  1.1 抗菌肽的来源

  关于抗菌肽的来源主要有以下几种说法:一是1965年从蜜蜂毒液中分离得到;二是来自植物的硫素(Thionin);三是1975年Steiner等首次从蚕蛹中诱导分离出抗菌肽天蚕素(Cecropin),此后分离纯化出许多抗菌肽;四是1972年瑞典科学家在果蝇中发现抗菌肽,随后又从惜古比天蚕蛹体内诱导分离出抗菌肽,并将其命名为“Cecropin”。第4种说法是目前大家公认的。

  1.2 抗菌肽的分类

  有关抗菌肽的分类方法有很多,本文主要从以下几个方面进行分类。

  1.2.1 根据抗菌肽的来源分类

  一般可分为6类,即植物抗菌肽、哺乳动物抗菌肽、两栖动物抗菌肽、昆虫抗菌肽、细菌抗菌肽以及病毒抗菌肽。

  1.2.2 根据氨基酸的组成和结构特征分类

  一般可分为4类,即天蚕素、蛙皮素(Maginins)、防御素(Defensins)及蜂毒素(Melitins)。其中:天蚕素是世界上第一个被发现的抗菌肽;富含半胱氨酸残基的防御素类,是洛杉矶Leherer实验室于1980年从兔肺巨噬细胞中分离纯化的2个极性很强的小分子阳离子抗菌肽,随后又发现许多一级结构相似的小分子抗菌肽,现已从不同种属的动物巨噬细胞中发现20多个防御素类抗菌肽,防御素是最大的一类抗菌肽家族;富含脯氨酸残基的蛙皮素,是1997年费城Zasloff研究组在研究非洲爪蟾伤口始终不受感染的原因时,在非洲爪蟾皮肤和胃黏膜腺体上皮细胞发现的抗菌肽;富含甘氨酸残基的蜂毒素,是从蜜蜂毒液中分离纯化得到的一种多肽。

  1.2.3 根据抗菌肽的化学组成、空间结构及功能分类

  Hoffmann等根据抗菌肽的空间结构将其分为线型抗菌肽和环型抗菌肽两类;Lee等依据抗菌肽的基因研究成果将其分为三大类,即不含半胱氨酸的线性抗菌肽(如猪小肠抗菌肽、蛙类抗菌肽、昆虫抗菌肽、人的骨髓和生殖道防御素Fall-39等)、含等量半胱氨酸的抗菌肽及富含1~2种氨基酸的线性抗菌肽(如蜜蜂的Apidaecin、牛嗜中性粒细胞中的抗菌肽等);另外,还有一类被称为高突变防御肽。不含半胱氨酸的线性抗菌肽又可分为具有α-螺旋和不具有α-螺旋两类抗菌肽;含等量半胱氨酸的抗菌肽又可分为含有1个二硫键的抗菌肽(如蛙的Brevinins、Esculentin和Ranalexin)、含有2个二硫键的抗菌肽(如鳖的Tachplesin和猪的Protegrin)、含有3个二硫键的抗菌肽(又被细分为α-防御素和β-防御素)和含有4个二硫键的抗菌肽(大多数为植物防御素)。

  1.3 抗菌肽的结构特点

  抗菌肽是一类能够对抗外界病原体感染的肽类活性物质,具有广谱、高效抗菌等优良特性,这些特性与其自身的结构特点密不可分。尽管抗菌肽的种类繁多,来源也不同,但其一级结构(即氨基酸序列)具有较强的保守性。这种一级结构的保守性主要体现在以下几个方面:一是N端含有许多带有正电荷的氨基酸,如赖氨酸、精氨酸等,呈强碱性,含有过剩的正电荷,使抗菌肽具有阳离子特性;二是大部分抗菌肽的第2位氨基酸为色氨酸,色氨酸在抗菌肽杀菌活性高低的方面扮演着非常重要的角色;三是C端富含缬氨酸、丙氨酸、甘氨酸等非极性氨基酸,并且C端通常酰胺化,呈中型疏水性,这可能与抗菌肽的广谱抗菌活性有关;四是中间富含脯氨酸,末端大多酰胺化,也直接影响抗菌肽的杀菌活性。另外,部分抗菌肽还具备抵抗胃蛋白酶或胰蛋白酶水解的能力。

  1.4 抗菌肽的作用机制

  众多学者认为,抗菌肽的作用机制主要有2种模式,即膜结构破坏模式和非膜结构破坏模式。

  1.4.1 膜结构破坏模式

  绝大多数抗菌肽的作用机制属于膜结构破坏模式,即带有正电荷的抗菌肽与表面带负电荷的靶细胞(如细菌等)通过静电作用相结合,二者相互作用使靶细胞的细胞膜形成不稳定区域,抗菌肽穿过此不稳定区域进入细胞膜的脂质双层中,导致细胞膜的脂质双层结构破坏,细胞膜通透性增加,进而使细胞膜破裂。这种膜结构破坏模式包括孔洞(Barrelstave)学说和地毯式(Carpet)模型2种。

  1.4.2 非膜结构破坏模式

  少数抗菌肽在不破坏细胞膜结构的情况下快速穿过细胞膜,与细胞内靶分子相互作用,进而影响细胞内核酸(DNA和RNA)合成与修复、蛋白质合成、胞内物质代谢以及细胞信号转导等生理过程,从而发挥抑菌、杀菌作用。如马蹄蟹体内的抗菌肽Tachyplesins可以结合细胞膜上的类脂,当细胞膜脂质进行翻转运动时,抗菌肽随之进入细胞内并作用于胞内靶位点,而细胞膜却能保持完整。

  2 抗菌肽用作饲料添加剂的优势

  第一,抗菌肽不仅具有广谱的抗菌作用,而且具有抗原虫、病毒和肿瘤细胞的作用。第二,抗菌肽选择性作用于病原体和病变细胞,相对比较安全。如抗菌肽Misgurin具有广谱的抗细菌和抗真菌作用,却不会引起红细胞溶血,主要原因是病原体表面带的负电荷比正常细胞所带的负电荷多。第三,抗菌肽不易诱导靶细胞产生耐药性。目前,随着抗生素的广泛应用,耐药菌株日益增多。而抗菌肽与抗生素的作用机制不同,抗菌肽对病原体选择性高而不易诱导病原体产生耐药性。第四,抗菌肽稳定性强。抗菌肽于100℃加热10min仍能保持一定活性,且对较低或较高pH值和较高的离子强度具有一定的耐受性。

  3 抗菌肽用作饲料添加剂的效果

  3.1 抑菌

  温刘发等通过在断奶仔猪饲料中添加抗菌肽代替抗生素,对仔猪腹泻情况进行观察,发现抗菌肽可降低断奶仔猪的腹泻频率。陈晓生等比较了金霉素与抗菌肽对鸭盲肠2种微生物(大肠杆菌和乳酸菌)菌落数的影响情况,结果表明,抗菌肽对大肠杆菌和乳酸菌都有显著的抑制作用;而金霉素只对乳酸菌有显著的抑制作用,对大肠杆菌的抑制作用并不显著。显然,抗菌肽能显著地抑制动物大肠内有害菌的生长,在促进动物肠道微生物菌群平衡、提高其生长性能等方面发挥着重要作用。

  3.2 提高动物生产性能

  温刘发等通过饮水的方式让粤黄鸡摄入一定剂量的抗菌肽,研究抗菌肽在粤黄鸡养殖中的使用效果,结果表明,抗菌肽不但可以促进雏鸡生长,而且可以降低雏鸡排泄物中氮的含量,抗菌肽作为饲料添加剂的应用效果显著。陈晓生等在肉鸭日粮中添加液态的蚕抗菌肽AD-酵母制剂发现,肉鸭的血清代谢激素活动显著增强,胰岛素样生长因子IGF-1浓度升高,营养物质合成加强;甲状腺素T3升高,甲状腺素T4降低;尿素氮浓度降低,体内氮排出减少。陈晓生等还发现,在日粮中添加抗菌肽制剂2mL/kg能有效地提高肉鸭生产性能,尤其是在1周龄~2周龄的小鸭阶段,其效果显著;从总蛋白浓度和尿素氮的结果来看,添加抗菌肽能使机体在蛋白质合成量变化不大的情况下减少机体蛋白质的分解代谢,从而促进肉鸭生长。王广军等通过在饲料中添加抗菌蛋白,研究抗菌蛋白在南美白对虾养殖中的使用效果,结果表明,使用抗菌蛋白后南美白对虾不论是生长速度、相对增重率、饲料系数及成活率,还是抗病能力等,都有显著的提高。

  3.3 绿色环保且经济

  黄永彤等使用蚕抗菌肽AD-酵母制剂、3种中草药及5种抗生素饲喂肉鸡,发现抗菌肽组肉鸡的平均体重、料肉比、出栏率等主要生产指标与中草药组和抗生素组比较差异不显著,并且出栏率均达到90%以上,表明抗菌肽制剂代替抗生素饲喂肉鸡能够达到预期的效果;同时,对抗菌肽制剂进行毒理试验和“三致”试验,证实抗菌肽制剂饲喂肉鸡安全、无毒副作用和药物残留且不污染环境。黄自然等研究表明,抗菌肽成本低,与抗生素相比,抗菌肽可降低40%以上的饲养成本。

  4 小结

  抗菌肽的发现和研究,为解决抗生素的耐药性问题提供了新思路。抗菌肽对细菌、真菌、病毒和肿瘤细胞的抑制作用以及免疫调节作用表明,抗菌肽是一种具有广阔发展前景的新型抗菌制剂,特别适合用于对耐药菌株感染的治疗。因此,抗菌肽用作饲料添加剂代替抗生素值得进行更深入的研究。

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