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畜禽替抗技术

抑菌肽是抗菌肽吗?抗菌肽是抗生素吗?抗菌肽的作用与应用

更新时间:2020-04-03 15:49:08点击次数:2939次
近年来,我国水产养殖业由于抗生素的滥用,导致病菌耐药性以及药物残留等问题日趋严重,不仅造成了严重的经济损失,加重了养殖负担,而且对人类健康以及生态环境构成潜在的威胁(申艮宝等,2010)。因此要减少抗生素的使用,目前抗菌肽被认为是抗生素类药物的理想替代品。那么什么是抗菌肽?抗菌肽的作用有哪些?本文主要对抗菌肽的抑菌机制及其在水产动物饲料中的应用作一综述,为其在水产动物养殖中的应用提供依据。

抗菌肽的作用与应用

近年来,我国水产养殖业由于抗生素的滥用,导致病菌耐药性以及药物残留等问题日趋严重,不仅造成了严重的经济损失,加重了养殖负担,而且对人类健康以及生态环境构成潜在的威胁(申艮宝等,2010)。因此要减少抗生素的使用,目前抗菌肽被认为是抗生素类药物的理想替代品。那么什么是抗菌肽?抗菌肽的作用有哪些?本文主要对抗菌肽的抑菌机制及其在水产动物饲料中的应用作一综述,为其在水产动物养殖中的应用提供依据。

抑菌肽是抗菌肽吗?抗菌肽是抗生素吗?抗菌肽的作用与应用

抗菌肽简介

抗菌肽的研究已长达40年之久,早在1972年,瑞典科学家Boman等就在果蝇体内发现了一种抗菌多肽类物质及其免疫功能(Boman等,1972),但是第一个真正意义的抗菌肽是在1980年由Hultmark等在诱导的惜古比天蚕蛹淋巴液中分离出的天蚕素(cecropins)(Hultmark等,1980)。经过近20年的研究,人们对抗菌肽的结构、功能及作用机制都有了较深的理解。

抗菌肽是生物体产生的一种具有强抗菌作用的阳离子小分子多肽,是生物体先天免疫系统的重要组成成分(Brogden等,2005)。抗菌肽分子量较小,一般由20-60个氨基酸残基组成,约为2k-7kDa;其热稳定性好,并且在较大的离子强度和较低或者较高的pH环境下仍然可以保持较强的活性(Chu等,2004)。抗菌肽不仅对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌有较强的抑制作用,还对某些耐药性菌株具有明显的抑菌活性;抗菌肽不仅有广谱的抗细菌活性,而且具有高效的抗真菌、病毒和原虫的活性。此外,抗菌肽的抗菌机理独特,不易产生抗药性(Ohlsen等,2008)。迄今为止,国内外研究报道已有2000余种抗菌肽被分离鉴定,这些抗菌肽的来源广泛。其来源主要包括植物、昆虫、哺乳动物、两栖动物、水生动物、鸟类、细菌、病毒、微生物工程以及人工合成等(Li等,2007)。抗菌肽在各种生物体中的含量和结构不尽相同,加之其具有优良的抗菌性能,使学者们不断地进行研究与探索。

抗菌肽的作用机理

研究表明,抗菌肽一般是通过膜破坏作用机制和胞内作用机制来发挥作用。目前普遍被大家认同的是膜作用机理。大量研究显示,所有抗菌肽都能与细胞膜相互结合,借助静电引力破坏细胞膜的通透性,导致细胞膜破碎溶解,使胞内物质外流,从而引起靴细胞死亡(Powers等,2003)。抗菌肽在发挥作用之前必须要穿越磷脂膜外面的细胞壁,抗菌肽是借助于静电引力来穿过细胞壁。

庄国宏等(2014)用和两类抗菌肽对种细菌细胞壁多糖研究了肺病原菌如何逃避机体免疫系统的作用原理,发现抗菌肽与细菌细胞壁发生相互作用时主要借助肽与细胞壁上多糖之间的相互作用影响其生物学活性(Herasimenka等,2005)。革兰氏阴性菌可以产生许多多糖类分子,起重要作用的是脂多糖与荚膜多糖,其中脂多糖凭借脂质部分锁定细胞外膜,而荚膜多糖主要存在于周围介质(Park等,1998)。抗菌肽借助静电引力和细菌膜外面的脂多糖带结合,引起膜结构发生异常,这种作用与二价金属阳离子更具有亲和力,能从带有负电荷的脂多糖处转移阴离子,使该部位的细胞壁造成紊乱,稳定性发生改变,使抗菌肽能顺利穿过该区域,靠近细胞膜,对细胞膜发挥作用。

抗菌肽与细胞膜的作用机制主要倾向以下两种学说:(1)“木桶模型理论”。该理论认为,抗菌肽以垂直于细胞膜的方向插入细胞膜中,然后平行排列在细胞膜上,形状像桶一样(Oren等,1998)。疏水肽部分朝向桶外的脂质环境,亲水肽部分朝向桶内构成跨膜通道,从而使胞内物质外流,使细胞死亡(Frecer等,2004);(2)“地毯模型理论”。该理论认为,抗菌肽被静电吸引与磷脂头部结合发挥作用时,像地毯一样大部分覆盖在病原菌细胞膜表面,疏水部分朝向磷脂膜,亲水部分面向溶液,从而降低细胞膜稳定性形成一个大的裂孔,使胞内大分子外泄,最终导致细胞死亡(Pouny等,1992)。此外,抗菌肽还能进入细胞内部作用于靶位点,使复制、翻译和转录过程受阻,并干扰核酸、蛋白质的合成,从而阻止病原菌的繁殖达到抑菌效果。Brogden等(2005)研究表明,抗菌肽HE2betal、HE2alpha或HE2beta2均可以抑制大肠杆菌蛋白质的合成,并且通过电子显微镜可以观察到胞内容物的泄漏。

抗菌肽,抑菌肽,肽聚糖

抗菌肽在水产动物饲料中的应用

抗菌肽在水产养殖业的应用主要是作为饲料添加剂添加在饲料中提高水产动物的生长性能和抗病能力。

在水产动物饲料中报道较多的是重组抗菌肽及从动物体内提取的抗菌肽,近年来微生物自然分泌的抗菌肽研究也日益增多。抗菌肽在水产动物饲料中应用发挥促生长及提高免疫力的适宜添加水平范围大多在10-8000mg/kg之间,不同来源和种类的抗菌肽有较大的差异,这可能是不同抗菌肽的抑菌活性导致的;同一种抗菌肽在不同水产动物饲料中的适宜添加水平也不尽相同,这可能是该抗菌肽在不同水产动物体内的作用途径、方式等不同所致。以往报道多集中在淡水养殖的水产动物方面,而在海水养殖的水产动物方面研究还有待于加强。总的来看,抗菌肽可通过提高肠道消化酶活性、改善血液生化指标、提高非特异性免疫力、改善机体抗氧化状态等提高生长性能。然而抗菌肽的主要作用位点在肠道,对肠道健康的影响应该是今后的研究重点,不仅仅是局限在改变肠道菌群、肠道组织形态等方面,详细的作用机制有待阐述,不同抗菌肽作用机理的差异也需要查明。

抗菌肽是抗生素吗?不是

目前,抗菌肽被认为是抗生素类药物的理想替代品,它是一类由基因编码、核糖体合成的小分子活性多肽物质,用于抵抗外界病原体的侵袭,是生物体先天免疫系统的重要组成部分(Konno等,2007)。抗菌肽广泛存在于动植物、昆虫、细菌、真菌、病毒中(Guaní等,2010)。与抗生素相比,抗菌肽不仅有广谱抗菌活性,还具有耐酸碱、抗肿瘤、抗病毒和寄生虫的作用,且不易产生耐药性,无毒害副作用。

抗菌肽的抗菌活力与传统抗生素相比略显不足,尤其是蛋白质类抗菌肽在生产、运输、给药等过程中极易变性失活,如何保持其抗菌活性也需要进一步研究解决。以上问题均限制了抗菌肽的大规模使用。我们相信随着抗菌肽的不断深入研究,抗菌肽将作为更高效、安全、环保的饲料添加剂,在水产养殖业中能够发挥更大的作用。

抗菌肽由于其作为饲料添加剂具有很多特点和优势,有望成为替代抗生素的产品之一,正引起人们的关注,越来越多的抗菌肽被应用到水产动物的饲料中。笔者认为,抗菌肽代替抗生素作为饲料添加剂在生产实践中还存在一些问题:(1)抗菌肽的生产加工问题。动物源抗菌肽含量极低,且提取工艺复杂,化学合成制备难以保持其活性且成本昂贵,并且利用基因工程技术重组抗菌肽的表达效率极低;(2)抗菌肽的药用性能问题。抗菌肽的药理药效学和药物代谢动力学方面的研究还不够深入,尤其是在给药方式、食用剂量和作用时间等方面还有待进一步研究;(3)抗菌肽的抗菌活性问题。


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