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新型绿色抗菌添加剂溶菌酶和抗菌肽的应用情况

2020-02-01307

随着我国集约化养殖进程的加快,越来越多的小型、家庭型、散养型养殖户逐渐退出市场,取而代之的是规模型、集约化、现代化的养殖农场、养殖一条龙企业、养殖小区等,这使养殖环境得到改善,动物的福利得到明显提高。但我国幅员辽阔,养殖生产水平差异极大,在相当长的一段时间内饲养管理条件差、防疫意识差的散养户还有很大的生存空间。因此在饲料中合理添加具有抗菌促生长作用的添加剂,如植物提取物、酸化剂等还是养殖企业、饲料企业必要的手段和方法。其中,具有无残留、无耐药性的多肽类抗菌物质因为具有明显效果而为大家广为接受。最近几年,在科研人员的大力努力下,出现了几种新型的多肽类抗菌物质,如溶菌酶、抗菌肽等,这些新产品的应用为我们提供了更多的选择,本文将这2种新型多肽类抗菌物质的研究进展与实际应用情况作个小结,供大家参考。

溶菌酶、抗菌肽具有以下共同点:1)均为多肽类物质;2)均有一定的抑菌、杀菌活性,尤其是对于革兰氏阳性菌;3)均是饲料中的“新兵”。

1 溶菌酶

人们最早开始研究溶菌酶是从Nicoile(1907)发表枯草芽孢杆菌溶解因子的报告开始。两年以后Laschtschenko指出,鸡卵白强烈抑菌作用是酶的结果。1922年英国细菌学家Fleming发现人的唾液、眼泪中存在能溶解细菌细胞壁的酶,因其具有溶菌作用,所以命名为溶菌酶。后来人们逐渐在人和动物的多种组织、分泌物和植物、微生物中也发现了溶菌酶的存在。

溶菌酶(Lysozyme)又称为N-乙酰基胞壁水解酶,它是能溶解细菌细胞壁的一种碱性水解酶。它是一种阳离子蛋白(PI=10),在酸性溶液中十分稳定,碱液中不稳定。溶菌酶广泛分布于生物体内,具有生物相容性好,对组织无刺激、无毒性。它可以裂解细菌细胞壁肽聚糖分子的N-乙酰胞壁酸(NAM)与乙酰葡萄糖氨(NAG)之间的β-1,4糖苷键,使细菌细胞壁松弛,失去对细胞的保护作用,最后导致细胞溶解死亡。溶菌酶对革兰氏阳性菌、好气性孢子菌、枯草杆菌、耐辐射微球菌均具有良好的分解作用。

一般将溶菌酶分6 类: C型、G型、无脊椎动物型、噬菌体、细菌和植物来源溶菌酶。不同来源酶的分子量、氨基酸组成及酶特性各有不同,但三维结构显示来源于共同的进化起源。

以前人医上使用的溶菌酶多由蛋清中提取,仅对革兰阳性菌有作用、且产量低、价格高,限制了其应用范围。近年来,人们正研究用基因工程和微生物发酵法生产溶菌酶,还采用酶修饰法合成溶菌酶,经过修饰后的溶菌酶不仅抗菌活性稳定,而且具有良好地乳化性能。修饰后的微生物发酵产生的溶菌酶与蛋清溶菌酶不同,它不但能溶解革兰氏阳性菌,还能够溶解部分革兰氏阴性菌。

王晓可等(2008)研究认为与对照组相比之下,在断奶仔猪日粮中添加溶菌酶500g/t能够控制腹泻、提高日增重16.68%,降低料重比12.00%,认为可以替代抗生素。卢亚萍等(2009)研究发现:与对照组相比,日粮中添加溶菌酶、益生菌和黄芪多糖均能提高肉仔鸡的增质量(P<0.05),降低料重比(P<0.05),其中添加溶菌酶组与添加益生菌及黄芪多糖组相比,增质量有明显的提高;与对照组相比,溶菌酶、益生菌和黄芪多糖均可提高肉仔鸡的细胞和体液免疫功能,其中溶菌酶的效果显著,可有效提高肉仔鸡血清中的溶菌酶和总蛋白含量(P<0.05)。郭志强等(2010)研究发现在肉兔饲粮中添加溶菌酶不但可以显著提高肉兔生产性能,降低饲料成本,而且可以改善肉品质,有提高屠宰性能的趋势。

2 抗菌肽

抗菌肽是由核糖体合成的,由基因编码、宿主细胞产生的,是有机体在进化中为适应环境而产生的免疫活性分子,是机体先天免疫的重要效应因子,抗菌肽相对分子质量通常在1×104以下。具有抗菌活性的多肽类物质,包括cecropins、defensins等。

天然抗菌肽尽管有很多其他抗生素无法比拟的优势,但也有其缺陷性。某些天然抗菌肽在杀菌的同时具有溶血性,还有一些抗菌肽本身具有毒性,无法应用于临床治疗。因此对天然抗菌肽的改造也是当前抗菌肽研究的主要内容。

天然抗菌肽来源有限、提取工艺复杂、成本昂贵,化学合成存在成本高、批量生产困难等问题,通过基因工程获得的抗菌肽也存在抗菌活性难掌握、生产困难等问题。

某些抗菌肽抗菌谱广、杀伤力强,但其对哺乳动物细胞也有一定的细胞毒性,如何在保持其结构与活性的同时降低其细胞毒性也是需要解决的问题。

抗菌肽以其广谱抗菌性、不易形成耐药性和无药物残留等优势成为后抗生素时代的明星,特别是其通过调整细胞膜的脂质电荷量、胆固醇含量来识别真核细胞和原核细胞,从而选择性的杀灭病原体。但迄今为止,几乎所有进入临床试验阶段的抗菌肽制剂,如用于治疗糖尿病患者足部溃疡的Pexiganan、用于治疗细菌性脑膜炎的Rbpi21等,均只用于局部的抗感染阶段,天然抗菌肽对真核细胞的毒性作用是限制其用于全身治疗的主要因素之一。这种毒性作用是因为细胞膜是抗菌肽最主要的作用部位,因此抗菌肽不可避免地对其表现出溶血毒性及其他细胞毒性作用。因此,如何提高抗菌肽活性和降低其毒性已成为抗菌肽分子改造的目标。

尽管抗微生物肽在长度上千差万别,但几乎所有的抗微生物肽在本质上都是阳离子型,其高级结构无论是以α-螺旋还是以β-折叠出现,两亲结构是它们的共同特征。

尽管普遍认为细菌对抗菌肽出现耐药性的几率不大,但是认为不可能出现耐药性的想法也是不切实际的。在培养E.coli和Pseudomonasfluorescens 的培养基中加入pexiganan(一种magainin的同源肽),经过连续几代培养,对该抗菌肽具有抵抗力的菌株就出现了。若是微生物改变膜能量或经诱导产生蛋白质水解体系等,就有可能产生对抗菌肽的耐药性。因此,对同源型抗菌肽的研究不仅可以弄清楚抗菌肽的作用机制,而且在如何有远见地以及正确地使用抗菌肽,防止出现类似抗生素耐药性问题等方面也有重要的研究意义。

溶菌酶、亚甲基水杨酸杆菌肽、抗菌肽等3种新型的多肽类抗菌添加剂目前正被市场逐渐所知,但用户广泛接受和使用还需一定时日,如何提高产品品质、建立和完善检测方法和评价指标、提高产品含量、降低添加成本等是目前急需解决的问题,相信通过科研院所、生产厂家的大力协作,这些问题都会迎刃而解,若合规问题解决,新型多肽类抗菌添加剂被大家普遍使用的局势很快就会到来。

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