抗菌肽飼料添加劑的應(yīng)用及其研究進(jìn)展

李鳳娟

（遼寧威蘭生物技術(shù)有限責(zé)任公司，沈陽　110033）

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抗菌肽飼料添加劑的應(yīng)用及其研究進(jìn)展

李鳳娟

（遼寧威蘭生物技術(shù)有限責(zé)任公司，沈陽110033）

摘要：抗菌肽又稱抗微生物肽，是生物先天免疫的重要組成成分，是氨基酸數(shù)目<100且具廣譜抗菌特性的一類小肽。抗菌肽被廣泛應(yīng)用于生物制藥、食品工業(yè)、飼料工業(yè)等領(lǐng)域。文章綜述了抗茵肽的生物活性、在飼料行業(yè)中應(yīng)用、未來研究重點以及發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：抗菌肽；飼料添加劑；研究進(jìn)展

抗菌肽又叫抗微生物肽，也稱“宿主防御肽”，是抗生素的理想替代品之一。一般由多種生物細(xì)胞的特定基因編碼，經(jīng)外界條件的誘導(dǎo)產(chǎn)生，是具有抗細(xì)菌、真菌、病毒、原蟲、抑殺腫瘤細(xì)胞等活性作用的一類多肽，具有相對分子質(zhì)量小、熱穩(wěn)定、殺菌范圍廣、作用機(jī)制獨特等特點，是天然免疫防御系統(tǒng)的重要組成部分，被稱為“第二防御體系”。自1975年瑞典科學(xué)家Boman等從惜古比天蠶蛹中誘導(dǎo)發(fā)現(xiàn)1種抗菌肽及其免疫功能，并于1981年將其命名為cecropi，第1次真正意義上發(fā)現(xiàn)了抗菌肽[ 1 ]。此后，又在許多種生物體內(nèi)陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了多種抗菌肽，并相繼被分離、純化，同時一些抗菌肽的氨基酸一級結(jié)構(gòu)和基因序列也被相繼得到確定。2007年3月，中國科學(xué)院動物研究所在單個兩棲動物個體中發(fā)現(xiàn)了107種新型的抗菌肽類多肽，約占全世界已知抗菌肽總數(shù)的10%，是目前世界上發(fā)現(xiàn)的最豐富的抗菌肽資源[ 2 ]。40年來，抗菌肽因其對多種耐藥菌、部分病毒和某些腫瘤細(xì)胞有殺傷作用，被國內(nèi)外科學(xué)家廣泛的研究，也取得了卓有成效的成果。同時也被應(yīng)用于醫(yī)藥領(lǐng)域、畜牧業(yè)領(lǐng)域、食品領(lǐng)域、轉(zhuǎn)基因動植物領(lǐng)域、化妝品以及保健品行業(yè)[ 3-14 ]。

1　抗菌肽的生物活性

抗菌肽是由細(xì)胞核糖體合成的一類具有抗菌活性的多肽或蛋白質(zhì)，按生物細(xì)胞來源可分為微生物抗菌肽（細(xì)菌素）、哺乳植物抗菌肽、植物抗菌肽、蛙類抗菌肽、魚類和昆蟲類抗菌肽；按其結(jié)構(gòu)特點可分為α-螺旋型、β-折疊型、具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)型和片層結(jié)構(gòu)型等4類抗菌肽[ 4 ]?？咕目咕钚詮V，且與傳統(tǒng)抗生素的抗菌機(jī)制不同，一般由20～ 60個氨基酸殘基組成，通常以陽離子形式存在，具有強(qiáng)堿性、熱穩(wěn)定性、對pH耐受范圍比較寬等特點，而且大多數(shù)抗菌肽對于100℃加熱環(huán)境下仍能保持一定的抗菌活力[15-16]。抗菌肽通過破壞膜結(jié)構(gòu)和非膜結(jié)構(gòu)兩種模式快速查殺靶標(biāo)，不僅具有殺死革蘭氏陰性和陽性細(xì)菌的作用，還具有抑制細(xì)菌生長和繁殖的生物學(xué)活性，另外還可以抗病毒、抗真菌、抑制或殺傷腫瘤細(xì)胞、殺滅寄生蟲和原蟲等。此外，抗菌肽在天然免疫中也扮演著重要的角色[17]?？咕莫毺氐纳锘钚允蛊浔粡V泛應(yīng)用于各行業(yè)中。

2　抗菌肽飼料添加劑的研究進(jìn)展

飼料添加劑是指為滿足特殊需要而加入飼料中的少量或微量營養(yǎng)性或非營養(yǎng)性物質(zhì)?？咕淖鳛闋I養(yǎng)性飼料添加劑的優(yōu)勢有：應(yīng)用過程中含抗菌肽的飼料產(chǎn)品不會出現(xiàn)工程菌擴(kuò)散，減少對食物鏈造成的威脅；在飼料的規(guī)?；a(chǎn)中由于抗菌肽的耐高溫特性，進(jìn)行高溫濃縮處理時酵母菌體被充分殺滅而抗菌肽卻不會失活；由于抗菌肽獨特的殺菌機(jī)制，病原菌不易對其產(chǎn)生耐藥性。因此，畜牧行業(yè)中，抗菌肽作為飼料添加劑有著非常好的應(yīng)用前景。

在飼料行業(yè)中，抗菌肽廣泛的應(yīng)用于抗菌添加劑和防腐劑等方面，具有相當(dāng)廣闊的前景。隨著人們安全與健康意識的提升，純天然類產(chǎn)品更受青睞，因此由生物體天然產(chǎn)生的抗菌肽無疑成為新一代防腐劑的首選。就目前來看，在眾多類型中，細(xì)菌素在殺滅革蘭氏陽性菌（如李斯特菌）方面有顯著效果，因此也成為了防腐劑研究領(lǐng)域的熱點[18]。此外，乳鐵蛋白是一種存在于牛奶中的結(jié)合鐵元素防御蛋白，具有很高的抗菌活性，用乳鐵蛋白抗菌肽B處理過的牛肉可以減少大腸桿菌的種群數(shù)量[19]。乳鐵蛋白抗菌肽也可作為防腐劑。

2.1提高動物生產(chǎn)性能

飼料中添加適量的抗菌肽，能夠使飼料的利用率提高，進(jìn)而促進(jìn)動物的生長?，F(xiàn)在，我國應(yīng)用于飼料添加劑的主要是蠶抗菌肽AD-酵母制劑，并且很多的畜禽水產(chǎn)試驗也主要圍繞這種抗菌肽來進(jìn)行。黃永彤等研究表明，抗菌肽能夠促進(jìn)肉雞的生長，提高其免疫力，與中草藥抗生素相比差異不顯著（P>0.05），且無殘留[20]。關(guān)靜姝等在1日齡健康肉雞日糧中添加腸桿菌肽抗菌肽300 mg·kg-1，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，飼喂適量的抗菌肽肉雞出欄體重和平均日增重均增加，死亡率降低69%，同時也提高飼料的轉(zhuǎn)化率，改善動物的生產(chǎn)性能[21]。張江等利用微生態(tài)制劑與天蠶素抗菌肽復(fù)合產(chǎn)品飼喂奶牛，試驗發(fā)現(xiàn)，基礎(chǔ)日糧中添加微生態(tài)和抗菌肽復(fù)合制劑30 g，可提高奶牛平均產(chǎn)奶量1.5 kg，體細(xì)胞降幅達(dá)60%[22]。徐名能等在荷斯坦牛日糧中添加抗菌肽制劑，試驗結(jié)果表明，添加抗菌肽制劑能夠顯著提高乳脂率（P<0.05）[23]。此外，據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)報道抗菌肽還具有飼料防霉效果[19]。

2.2能夠提高動物抗病能力

目前，對于畜禽細(xì)菌、真菌、病毒以及原蟲等大部分疾病的防治都比較困難，而且臨床應(yīng)用的藥物副作用大、價格昂貴，長期應(yīng)用受到限制。研究表明，抗菌肽對于這類引發(fā)病害的真菌、病毒以及原蟲有很強(qiáng)的殺傷力。利用抗菌肽的抗菌、殺菌作用，在飼料中添加抗菌肽可以提高動物的免疫力和抗病能力。馬衛(wèi)明在檢測中發(fā)現(xiàn)，豬小腸抗菌肽對11種致病細(xì)菌均有不同程度的抑制作用，殺菌率可達(dá)到59.5%～98.5%[24]?？咕尼槍?xì)菌、真菌、病毒以及原蟲等作用機(jī)制各不相同?？咕膶?xì)菌的免疫作用主要表現(xiàn)在對細(xì)胞膜的破壞性，主要的殺菌機(jī)理是抗菌肽作用于細(xì)菌的細(xì)胞膜，破壞膜完整性并產(chǎn)生穿孔現(xiàn)象，造成細(xì)胞漿溢出胞外而導(dǎo)致細(xì)菌死亡。Jia等使用黃蓋鰈抗菌肽配合合成抗菌肽CEMA定量飼喂感染弧菌的大馬哈魚，結(jié)果表明，復(fù)合抗菌肽可以降低大馬哈魚死亡率[25]。另外不同種類的抗菌肽抗菌活性存在著較大的差異，抗菌肽破膜也存在著明顯的不同。抗菌肽對真菌的免疫作用主要是通過阻止和破壞細(xì)胞壁的合成，在細(xì)胞膜表面形成多聚體插入膜雙分子層，形成孔洞使重要的內(nèi)容物外泄，進(jìn)入細(xì)胞后與核酸體、線粒體等大分子細(xì)胞器相互作用影響正常代謝使真菌死亡等方式起作用。黃滄海等針對羅非魚生長性能與免疫力的研究中發(fā)現(xiàn)，添加黃霉素和高劑量抗菌肽能顯著提高羅非魚幼魚抑菌作用[26]。研究表明，抗菌肽抗真菌能力還與真菌的屬、種和孢子的狀態(tài)有關(guān)?？咕膶Σ《揪哂忻庖咦饔?，目前研究表明，抗菌肽對病毒的免疫機(jī)制有3種：抗菌肽與病毒的胞膜直接結(jié)合起到抗病毒作用；模仿病毒的侵染過程，干擾病毒的組裝合成過程，起到抗病毒作用；通過抑制病毒的繁殖而起抗病毒作用[27]。Zasloff給斑節(jié)對蝦飼喂抗菌肽的研究結(jié)果表明，在飼料中添加抗菌肽可以顯著提高蝦的成活率及對抗白斑病毒的感染能力（P<0.05）[28]。抗菌肽可以通過與原蟲胞膜接觸，間接引起細(xì)胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)和細(xì)胞器的變化，從而干擾原蟲細(xì)胞的代謝過程發(fā)揮免疫作用。蛙皮抗菌肽對瘧原蟲有損傷和抑制作用[29]。另外抗菌肽不僅對以上幾種病原有免疫殺傷作用，對于發(fā)生癌變的細(xì)胞株則有明顯的殺傷作用。富含甘氨酸的抗菌肽家族通?？梢钥拐婢透锾m氏陰性細(xì)菌以及通過破壞細(xì)胞膜來抗癌細(xì)胞[30]。因此動物飼喂含抗菌肽的飼料可以提高動物的自身免疫力。

3　抗菌肽在飼料行業(yè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

目前，我國飼料企業(yè)在經(jīng)歷了養(yǎng)殖業(yè)的產(chǎn)能過剩、企業(yè)的優(yōu)勝劣汰及原料價格的大起大落之后，在2015年進(jìn)入最重要的轉(zhuǎn)型期。而且據(jù)2015年中旬飼料市場報告分析，近兩年養(yǎng)殖業(yè)與市場發(fā)生了主謂倒置，由養(yǎng)殖業(yè)市場扼住了飼料行業(yè)，甚至是原料貿(mào)易的咽喉。而究其根本，養(yǎng)殖終端才是決定飼料以及上游原料市場的根本。2015年開始，養(yǎng)殖終端源頭越來越集中于產(chǎn)品質(zhì)量及安全性方面。在未來的一段時間，飼料企業(yè)也將致力于尋找安全的抗生素替代物——綠色飼料添加劑產(chǎn)品。抗菌肽不僅具有免疫原性小、廣譜抗菌、水溶性好、熱穩(wěn)定性好、耐酸堿性等特點，而且對正常動植物細(xì)胞本身無毒副作用，成為了研究的熱點。1987年國務(wù)院發(fā)布了《獸藥管理條例》，把飼料添加劑的生產(chǎn)和使用列入獸醫(yī)藥政管理的范圍。根據(jù)《飼料添加劑品種目錄（2010）》，允許使用的肽類添加劑包括淀粉酶、纖維素酶、脂肪酶等酶制劑，其對特定的底物起作用，能夠提高底物的利用率，為畜禽提供更多的能量和營養(yǎng)。另外，在《監(jiān)測期內(nèi)的新飼料和新飼料添加劑品種目錄》中允許使用的肽類添加劑只有溶菌酶，在《飼料藥物添加劑使用規(guī)范》中允許使用的肽類添加劑有3種，即桿菌肽鋅、那西肽以及亞甲基水楊酸桿菌肽。

據(jù)中國產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)數(shù)據(jù)顯示，2009—2014年我國配合飼料產(chǎn)量從7 156萬t增長到1.5億t，年復(fù)合增長16.4%；同期我國混合飼料產(chǎn)量從3 925萬t增長到6 504萬t，年復(fù)合增長10.6%。2015年1～10月，累計中國配合飼料產(chǎn)量12 677萬t，同比增長2.17%。同期我國混合飼料產(chǎn)量5 275萬t，同比增長0.35%。從以上結(jié)果來看，我國飼料年產(chǎn)趨于上升狀態(tài)。根據(jù)2015年配合飼料數(shù)據(jù)計算，按照添加抗菌肽25 g·t-1，2014年全年需生產(chǎn)抗菌肽37.5萬t。據(jù)中國產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)數(shù)據(jù)顯示，2012年我國抗菌肽生物獸藥產(chǎn)量達(dá)到2 545 t，同比2011年的2 035 t增長25.06%。2013年我國抗菌肽生物獸藥產(chǎn)量達(dá)到3 120 t。從數(shù)據(jù)顯示可以看出，未來抗菌肽產(chǎn)量增長空間還很大。

但抗菌肽代替抗生素作為飼料添加劑的研究距大規(guī)模的應(yīng)用還有一定距離，也面臨著許多問題：抗菌肽的種類很多，哪些種類作為飼料添加劑效果較好都有待確定；不同種類間的相互作用有待進(jìn)一步確定；抗菌肽在動物體內(nèi)含量少，所具備的天然資源缺乏，用基因工程的方法大規(guī)模生產(chǎn)抗菌肽需要進(jìn)一步研究。目前，人們關(guān)于抗菌肽作為飼料添加劑的可行性仍有爭議，在使用過程中所產(chǎn)生的效果以及可能會產(chǎn)生的副作用有待進(jìn)一步評估論證[31]。

因此，就目前來看，未來關(guān)于抗菌肽的研究重點為：生物飼料資源的評估機(jī)制與發(fā)展，進(jìn)一步建立基因資源的高通量直接分離技術(shù)、高通量篩選技術(shù)方法及有效的快速功能評估系統(tǒng)，獲得一批有自主知識產(chǎn)權(quán)、有應(yīng)用價值的新基因資源，建立生物飼料產(chǎn)品。生物飼料發(fā)酵技術(shù)平臺的建立，進(jìn)一步并加快產(chǎn)業(yè)化和實際應(yīng)用的步伐。建立生物飼料產(chǎn)品飼用價值體系以及合適安全性評價體系。

4　展　望

當(dāng)今社會畜牧業(yè)高效發(fā)展，我國畜牧業(yè)所面臨的最大問題是畜禽類的應(yīng)激反應(yīng)和疾病問題，通常所采用的普遍對策是添加抗生素或其他藥物。而繼歐洲率先禁止近百種抗生素類藥物在畜禽飼料中添加后，美國及其他西方國家也做出了相應(yīng)舉措，因此在我國禁止和部分禁止使用飼用抗生素也將成為必然趨勢。

抗菌肽具有廣譜的抗菌作用，具有促生長和治療疾病的功能，不會產(chǎn)生耐藥性，具有安全、無毒副作用的生物學(xué)特性，可作為一種綠色飼料產(chǎn)品。利用微生物大規(guī)模、高效生產(chǎn)抗菌肽，并且應(yīng)用到動物生產(chǎn)中，不僅能為養(yǎng)殖業(yè)帶來一定的經(jīng)濟(jì)效益，而且還保障了動物源性食品安全，促進(jìn)養(yǎng)殖業(yè)向綠色無公害發(fā)展，抗菌肽具有廣闊的發(fā)展前景。

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Research Progress and Application of Antibacteial Peptides Feed Additive

LI Fengjuan

（Laoning Vetland Biotechlology Co., Ltd., Shengyang 110033, Liaoning China）

Abstract:Antimicrobial peptides is also known as antimicrobial peptides, which is an important component of biological innate immunity. And Antimicrobial peptides are a group of small peptides with a number of less than 100 amino acids, which have broad spectrum antibacterial properties. It is widely used in the field of biological phar?macy, food industry, feed industry and so on. The features, sources, biological activity, application of antimicrobial peptides in feed industry were reviewed.

Key words:antimicrobial peptides; feed additives; progress

作者簡介：李鳳娟（1988-），女，甘肅甘谷人，生物工程師，研究方向為抗菌肽基因工程菌構(gòu)建。

收稿日期：2015-12-28

中圖分類號：S816.7；S816.8

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1001-0084（2016）02-0028-04