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抗菌肽在水產動物飼料中應用的研究進展
新聞來源:【管理員】    發布時間:2019-06-05   瀏覽次數:200

近年來,我國水產養殖業由于抗生素的濫用,導致病菌耐藥性以及藥物殘留等問題日趨嚴重,不僅造成了嚴重的經濟損失,加重了養殖負擔,而且對人類健康以及生態環境構成潛在的威脅(申艮寶等,2010)。目前,抗菌肽被認為是抗生素類藥物的理想替代品,它是一類由基因編碼、核糖體合成的小分子活性多肽物質,用于抵抗外界病原體的侵襲,是生物體先天免疫系統的重要組成部分(Konno等,2007)。抗菌肽廣泛存在于動植物、昆蟲、細菌、真菌、病毒中(Guaní 等,2010)。與抗生素相比,抗菌肽不僅有廣譜抗菌活性,還具有耐酸堿、抗腫瘤、抗病毒和寄生蟲的作用,且不易產生耐藥性,無毒害副作用
本文主要對抗菌肽的抑菌機制及其在水產動物飼料中的應用作一綜述,為其在水產動物養殖中的應用提供依據。

 

抗菌肽簡介

 

抗菌肽的研究已長達40年之久,早在1972年,瑞典科學家 Boman 等就在果蠅體內發現了一種抗菌多肽類物質及其免疫功能 (Boman 等,1972),但是第一個真正意義的抗菌肽是在1980年由Hultmark 等在誘導的惜古比天蠶蛹淋巴液中分離出的天蠶素(cecropins)(Hultmark 等,1980)。經過近20年的研究,人們對抗菌肽的結構、功能及作用機制都有了較深的理解


抗菌肽分子量較小,一般由 20-60 個氨基酸殘基組成,約為2k-7kDa;其熱穩定性好,并且在較大的離子強度和較低或者較高的 pH 環境下仍然可以保持較強的活性(Chu 等,2004)。



迄今為止,國內外研究報道已有 2000 余種抗菌肽被分離鑒定,這些抗菌肽的來源廣泛。其來源主要包括植物、昆蟲、哺乳動物、兩棲動物、水生動物、鳥類、細菌、病毒、微生物工程以及人工合成等(Li 等,2007)。抗菌肽在各種生物體中的含量和結構不盡相同,加之其具有優良的抗菌性能,使學者們不斷地進行研究與探索。


抗菌肽的抑菌機制

 

研究表明,抗菌肽一般是通過膜破壞作用機制和胞內作用機制來發揮作用。 目前普遍被大家認同的是膜作用機理。大量研究顯示,所有抗菌肽都能與細胞膜相互結合,借助靜電引力破壞細胞膜的通透性,導致細胞膜破碎溶解,使胞內物質外流,從而引起靴細胞死亡(Powers 等,2003)。抗菌肽在發揮作用之前必須要穿越磷脂膜外面的細胞壁,抗菌肽是借助于靜電引力來穿過細胞壁。莊國宏等(2014)用和兩類抗菌肽對種細菌細胞壁多糖研究了肺病原菌如何逃避機體免疫系統的作用原理,發現抗菌肽與細菌細胞壁發生相互作用時主要借助肽與細胞壁上多糖之間的相互作用影響其生物學活性(Herasimenka 等,2005)。革蘭氏陰性菌可以產生許多多糖類分子,起重要作用的是脂多糖與莢膜多糖,其中脂多糖憑借脂質部分鎖定細胞外膜,而莢膜多糖主要存在于周圍介質(Park 等,1998)。抗菌肽借助靜電引力和細菌膜外面的脂多糖帶結合,引起膜結構發生異常,這種作用與二價金屬陽離子更具有親和力,能從帶有負電荷的脂多糖處轉移陰離子,使該部位的細胞壁造成紊亂,穩定性發生改變,使抗菌肽能順利穿過該區域,靠近細胞膜,對細胞膜發揮作用。



抗菌肽與細胞膜的作用機制主要傾向以下兩種學說:


1. “木桶模型理論”。 

該理論認為,抗菌肽以垂直于細胞膜的方向插入細胞膜中,然后平行排列在細胞膜上,形狀像桶一樣(Oren 等,1998)。疏水肽部分朝向桶外的脂質環境,親水肽部分朝向桶內構成跨膜通道,從而使胞內物質外流,使細胞死亡(Frecer 等,2004);


2. “地毯模型理論”。 

該理論認為,抗菌肽被靜電吸引與磷脂頭部結合發揮作用時, 像地毯一樣大部分覆蓋在病原菌細胞膜表面,疏水部分朝向磷脂膜,親水部分面向溶液,從而降低細胞膜穩定性形成一個大的裂孔,使胞內大分子外泄,最終導致細胞死亡(Pouny 等,1992)。


 

此外,抗菌肽還能進入細胞內部作用于靶位點,使復制、翻譯和轉錄過程受阻,并干擾核酸、蛋白質的合成,從而阻止病原菌的繁殖達到抑菌效果。 Brogden 等(2005)研究表明,抗菌肽HE2betal、HE2alpha或 HE2beta2均可以抑制大腸桿菌蛋白質的合成,并且通過電子顯微鏡可以觀察到胞內容物的泄漏。


注:抗菌肽Surfactin因其較強的表面活性,也被稱為“表面活性素”。

 

抗菌肽在水產飼料中的應用

 

抗菌肽在水產養殖業的應用主要是作為飼料添加劑添加在飼料中提高水產動物的生長性能和抗病能力。在水產動物飼料中報道的抗菌肽應用情況見表 1。


從表 1 可以看出,在水產動物飼料中報道較多的是重組抗菌肽及從動物體內提取的抗菌肽,近年來微生物自然分泌的抗菌肽研究也日益增多。抗菌肽在水產動物飼料中應用發揮促生長及提高免疫力的適宜添加水平范圍大多在 10-8000mg/kg之間,不同來源和種類的抗菌肽有較大的差異,這可能是不同抗菌肽的抑菌活性導致的;同一種抗菌肽在不同水產動物飼料中的適宜添加水平也不盡相同,這可能是該抗菌肽在不同水產動物體內的作用途徑、方式等不同所致。以往報道多集中在淡水養殖的水產動物方面,而在海水養殖的水產動物方面研究還有待于加強。


總的來看,抗菌肽可通過提高腸道消化酶活性、改善血液生化指標、提高非特異性免疫力、改善機體抗氧化狀態等提高生長性能。然而抗菌肽的主要作用位點在腸道,對腸道健康的影響應該是今后的研究重點,不僅僅是局限在改變腸道菌群、腸道組織形態等方面,詳細的作用機制有待闡述,不同抗菌肽作用機理的差異也需要查明。


總結

 

抗菌肽由于其作為飼料添加劑具有很多特點和優勢,有望成為替代抗生素的產品之一,正引起人們的關注,越來越多的抗菌肽被應用到水產動物的飼料中。筆者認為,抗菌肽代替抗生素作為飼料添加劑在生產實踐中還存在一些問題:


1. 抗菌肽的生產加工問題。

動物源抗菌肽含量極低,且提取工藝復雜,化學合成制備難以保持其活性且成本昂貴,并且利用基因工程技術重組抗菌肽的表達效率極低;


2. 抗菌肽的藥用性能問題。

抗菌肽的藥理藥效學和藥物代謝動力學方面的研究還不夠深入,尤其是在給藥方式、食用劑量和作用時間等方面還有待進一步研究;


3. 抗菌肽的抗菌活性問題。

抗菌肽的抗菌活力與傳統抗生素相比略顯不足,尤其是蛋白質類抗菌肽在生產、運輸、給藥等過程中極易變性失活,如何保持其抗菌活性也需要進一步研究解決。 


以上問題均限制了抗菌肽的大規模使用。我們相信隨著抗菌肽的不斷深入研究,抗菌肽將作為更高效、安全、環保的飼料添加劑,在水產養殖業中能夠發揮更大的作用。

本文源自雜志《飼料廣角》 作者:王楠、蘇保元、翟少偉


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