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隨著我國集約化養殖進程的加快,越來越多的小型、家庭型、散養型養殖戶逐漸退出市場,取而代之的是規模型、集約化、現代化的養殖農場、養殖一條龍企業、養殖小區等,這使養殖環境得到改善,動物的福利得到明顯提高。但我國幅員遼闊,養殖生產水平差異極大,在相當長的一段時間內飼養管理條件差、防疫意識差的散養戶還有很大的生存空間。因此在飼料中合理添加藥物添加劑以及具有抗菌促生長作用的添加劑,如植物提取物、酸化劑等還是養殖企業、飼料企業必要的手段和方法。其中,具有無殘留、無耐藥性的多肽類抗菌物質因為具有明顯效果而為大家廣為接受。最近幾年,在科研人員的大力努力下,出現了幾種新型的多肽類抗菌物質,如亞甲基水楊酸桿菌肽、溶菌酶、抗菌肽等,這些新產品的應用為我們提供了更多的選擇,本文將這3種新型多肽類抗菌物質的研究進展與實際應用情況作個小結,供大家參考。
亞甲基水楊酸桿菌肽、溶菌酶、抗菌肽具有以下共同點:1)均為多肽類物質;2)均有一定的抑菌、殺菌活性,尤其是對于革蘭氏陽性菌;3)均是飼料中的“新兵”。溶菌酶作為新的添加劑,目前還在監測期中;亞甲基水楊酸桿菌肽于2012年1月取得新獸藥證書,2013年5月取得藥物添加劑批文,允許在雞飼料中長期添加達到促生長的目的;而抗菌肽目前還未取得添加劑批文。
1 溶菌酶
人們最早開始研究溶菌酶是從Nicoile(1907)發表枯草芽孢桿菌溶解因子的報告開始。兩年以后Laschtschenko指出,雞卵白強烈抑菌作用是酶的結果。1922年英國細菌學家Fleming發現人的唾液、眼淚中存在能溶解細菌細胞壁的酶,因其具有溶菌作用,所以命名為溶菌酶。后來人們逐漸在人和動物的多種組織、分泌物和植物、微生物中也發現了溶菌酶的存在。
溶菌酶(Lysozyme)又稱為N-乙?;谒饷?,它是能溶解細菌細胞壁的一種堿性水解酶。它是一種陽離子蛋白(PI=10),在酸性溶液中十分穩定,堿液中不穩定。溶菌酶廣泛分布于生物體內,具有生物相容性好,對組織無刺激、無毒性。它可以裂解細菌細胞壁肽聚糖分子的N-乙酰胞壁酸(NAM)與乙酰葡萄糖氨(NAG)之間的β-1,4糖苷鍵,使細菌細胞壁松弛,失去對細胞的保護作用,最后導致細胞溶解死亡。溶菌酶對革蘭氏陽性菌、好氣性孢子菌、枯草桿菌、耐輻射微球菌均具有良好的分解作用。
一般將溶菌酶分6 類: C型、G型、無脊椎動物型、噬菌體、細菌和植物來源溶菌酶。不同來源酶的分子量、氨基酸組成及酶特性各有不同,但三維結構顯示來源于共同的進化起源。
以前人醫上使用的溶菌酶多由蛋清中提取,僅對革蘭陽性菌有作用、且產量低、價格高,限制了其應用范圍。近年來,人們正研究用基因工程和微生物發酵法生產溶菌酶,還采用酶修飾法合成溶菌酶,經過修飾后的溶菌酶不僅抗菌活性穩定,而且具有良好地乳化性能。修飾后的微生物發酵產生的溶菌酶與蛋清溶菌酶不同,它不但能溶解革蘭氏陽性菌,還能夠溶解部分革蘭氏陰性菌。
王曉可等(2008)研究認為與對照組相比之下,在斷奶仔豬日糧中添加溶菌酶500g/t能夠控制腹瀉、提高日增重16.68%,降低料重比12.00%,認為可以替代抗生素。盧亞萍等(2009)研究發現:與對照組相比,日糧中添加溶菌酶、益生菌和黃芪多糖均能提高肉仔雞的增質量(P<0.05),降低料重比(P<0.05),其中添加溶菌酶組與添加益生菌及黃芪多糖組相比,增質量有明顯的提高;與對照組相比,溶菌酶、益生菌和黃芪多糖均可提高肉仔雞的細胞和體液免疫功能,其中溶菌酶的效果顯著,可有效提高肉仔雞血清中的溶菌酶和總蛋白含量(P<0.05)。郭志強等(2010)研究發現在肉兔飼糧中添加溶菌酶不但可以顯著提高肉兔生產性能,降低飼料成本,而且可以改善肉品質,有提高屠宰性能的趨勢。
2 亞甲基水楊酸桿菌肽
亞甲基水楊酸桿菌肽,英文為Bacitracin Methylene Disalicylate,最初國內有關人士不了解這個物質的結構,僅從字面翻譯為“亞甲基雙水楊酸桿菌肽”,實際上我們了解其結構后發現,這個物質中含有兩個亞甲基雙水楊酸,即含有四個水楊酸,故為了不引起歧義,現在統一命名為亞甲基水楊酸桿菌肽,所以在有關資料中看到的亞甲基雙水楊酸桿菌肽與亞甲基水楊酸桿菌肽是同一個物質。
亞甲基水楊酸桿菌肽是第二代的桿菌肽產品,它是兩分子亞甲基雙水楊酸與一分子桿菌肽的產物,分子量為1985,它具有分子量大,胃中不溶,腸道中溶解的特點,梭菌對其極其敏感,在國外一直作為梭菌試劑使用。
國內在10年前開始亞甲基水楊酸桿菌肽的研發和生產,但很長一段時間未能突破關鍵技術,導致產品含量不穩定、批次之間質量差異大,無法進行市場上的大量推廣。針對這一情況,國際知名桿菌肽生產企業綠康生化有限公司組織國內外相關專家進行技術攻關,先后完成標準制定、毒性實驗、生長實驗等相關實驗,生產出穩定性好、含量高(15%)、效果好、批次之間差異小的亞甲基水楊酸桿菌肽,并于2012年獲得國家新獸藥證書。
亞甲基水楊酸桿菌肽于2013年5月獲得藥物添加劑批文,作為促生長劑在雞料中長期添加,這是近10年來我國唯一獲批的新藥物添加劑。據悉近期將獲批在豬料和鴨料中作為促生長劑長期添加。
目前,國內多家科研院所對亞甲基水楊酸桿菌肽在雞、豬、鴨上的促生長,藥理、毒理、殘留等做了非常細致的實驗,均取得了比較理想的結論,確認亞甲基水楊酸桿菌肽具有腸道不吸收、無殘留、無休藥期等特點,是一種理想的畜禽用藥物添加劑。目前也有一些中大型飼料生產企業在豬料、肉雞料和肉鴨料中進行使用,效果非常理想。相信通過不斷地進行市場推廣,亞甲基水楊酸桿菌肽一定會在藥物添加劑領域取得一席之地。
在國外,人們對亞甲基水楊酸桿菌肽有著深入地研究和廣泛地應用,尤其是在美國,已經有幾十年的應用歷史,積累了大量的經驗。FDA的規定中明確指出,亞甲基水楊酸桿菌肽可長期添加于肉雞、蛋雞、牛、豬、火雞、鵪鶉等動物飼料中,用于促生長,提高產蛋率、改善飼料報酬以及控制禽類壞死性腸炎、豬梭菌性腸炎等。美國《飼料添加劑要覽》中明確規定:在飼料中添加4~50mg/kg可提高肉雞增重率和飼料效率;添加50mg/kg可以幫助預防由梭狀芽胞桿菌或其他對桿菌肽敏感的病原引起的或并發的壞死性腸炎,添加100~200mg/kg幫助控制由梭狀芽胞桿菌屬或其他對桿菌肽敏感的病原引起的或并發的壞死性腸炎;在飼料中添加10~30mg/kg可以提高生長/肥育豬的增重率和飼料效率,添加250mg/kg對有豬痢疾發病史但目前尚發病征兆的豬舍可控制由豬痢疾短螺旋體引起的豬痢疾。
M.C.Brumm等(2002)在38kg到屠宰階段的豬飼料中添加33mg/kg的亞甲基水楊酸桿菌肽,同時另一組在38~59kg階段添加44mg/kg泰樂菌素,59kg至屠宰階段的豬飼料中添加22mg/kg泰樂菌素,結果發現兩個組在對豬增日增重、飼料轉化效率、胴體瘦肉率上無顯著差異。S.E.Watkins等(1999)研究認為飼料中同時添加亞甲基水楊酸桿菌肽與金霉素不會影響兩者的測定,常溫下放置13周依然能在飼料中均勻分布。
3 抗菌肽
抗菌肽是由核糖體合成的,由基因編碼、宿主細胞產生的,是有機體在進化中為適應環境而產生的免疫活性分子,是機體先天免疫的重要效應因子,抗菌肽相對分子質量通常在1×104以下。具有抗菌活性的多肽類物質,包括cecropins、defensins等。
天然抗菌肽盡管有很多其他抗生素無法比擬的優勢,但也有其缺陷性。某些天然抗菌肽在殺菌的同時具有溶血性,還有一些抗菌肽本身具有毒性,無法應用于臨床治療。因此對天然抗菌肽的改造也是當前抗菌肽研究的主要內容。
天然抗菌肽來源有限、提取工藝復雜、成本昂貴,化學合成存在成本高、批量生產困難等問題,通過基因工程獲得的抗菌肽也存在抗菌活性難掌握、生產困難等問題。
某些抗菌肽抗菌譜廣、殺傷力強,但其對哺乳動物細胞也有一定的細胞毒性,如何在保持其結構與活性的同時降低其細胞毒性也是需要解決的問題。
抗菌肽以其廣譜抗菌性、不易形成耐藥性和無藥物殘留等優勢成為后抗生素時代的明星,特別是其通過調整細胞膜的脂質電荷量、膽固醇含量來識別真核細胞和原核細胞,從而選擇性的殺滅病原體。但迄今為止,幾乎所有進入臨床試驗階段的抗菌肽制劑,如用于治療糖尿病患者足部潰瘍的Pexiganan、用于治療細菌性腦膜炎的Rbpi21等,均只用于局部的抗感染階段,天然抗菌肽對真核細胞的毒性作用是限制其用于全身治療的主要因素之一。這種毒性作用是因為細胞膜是抗菌肽最主要的作用部位,因此抗菌肽不可避免地對其表現出溶血毒性及其他細胞毒性作用。因此,如何提高抗菌肽活性和降低其毒性已成為抗菌肽分子改造的目標。
盡管抗微生物肽在長度上千差萬別,但幾乎所有的抗微生物肽在本質上都是陽離子型,其高級結構無論是以α-螺旋還是以β-折疊出現,兩親結構是它們的共同特征。
盡管普遍認為細菌對抗菌肽出現耐藥性的幾率不大,但是認為不可能出現耐藥性的想法也是不切實際的。在培養E.coli和Pseudomonasfluorescens 的培養基中加入pexiganan(一種magainin的同源肽),經過連續幾代培養,對該抗菌肽具有抵抗力的菌株就出現了。若是微生物改變膜能量或經誘導產生蛋白質水解體系等,就有可能產生對抗菌肽的耐藥性。因此,對同源型抗菌肽的研究不僅可以弄清楚抗菌肽的作用機制,而且在如何有遠見地以及正確地使用抗菌肽,防止出現類似抗生素耐藥性問題等方面也有重要的研究意義。
溶菌酶、亞甲基水楊酸桿菌肽、抗菌肽等3種新型的多肽類抗菌添加劑目前正被市場逐漸所知,但用戶廣泛接受和使用還需一定時日,如何提高產品品質、建立和完善檢測方法和評價指標、提高產品含量、降低添加成本等是目前急需解決的問題,相信通過科研院所、生產廠家的大力協作,這些問題都會迎刃而解,若合規問題解決,新型多肽類抗菌添加劑被大家普遍使用的局勢很快就會到來。