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隨著(zhù)我國集約化養殖進(jìn)程的加快,越來(lái)越多的小型、家庭型、散養型養殖戶(hù)逐漸退出市場(chǎng),取而代之的是規模型、集約化、現代化的養殖農場(chǎng)、養殖一條龍企業(yè)、養殖小區等,這使養殖環(huán)境得到改善,動(dòng)物的福利得到明顯提高。但我國幅員遼闊,養殖生產(chǎn)水平差異極大,在相當長(cháng)的一段時(shí)間內飼養管理條件差、防疫意識差的散養戶(hù)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(cháng)作用的添加劑,如植物提取物、酸化劑等還是養殖企業(yè)、飼料企業(yè)必要的手段和方法。其中,具有無(wú)殘留、無(wú)耐藥性的多肽類(lèi)抗菌物質(zhì)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(lèi)抗菌物質(zhì),如亞甲基水楊酸桿菌肽、溶菌酶、抗菌肽等,這些新產(chǎn)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(lèi)抗菌物質(zhì)的研究進(jìn)展與實(shí)際應用情況作個(gè)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(diǎn):1)均為多肽類(lèi)物質(zhì);2)均有一定的抑菌、殺菌活性,尤其是對于革蘭氏陽(yáng)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(shū),2013年5月取得藥物添加劑批文,允許在雞飼料中長(cháng)期添加達到促生長(cháng)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(kāi)始研究溶菌酶是從Nicoile(1907)發(fā)表枯草芽孢桿菌溶解因子的報告開(kāi)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(xué)家Fleming發(fā)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(lái)人們逐漸在人和動(dòng)物的多種組織、分泌物和植物、微生物中也發(fā)現了溶菌酶的存在。
溶菌酶(Lysozyme)又稱(chēng)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(yáng)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(wú)刺激、無(wú)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(yáng)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(lèi): C型、G型、無(wú)脊椎動(dòng)物型、噬菌體、細菌和植物來(lái)源溶菌酶。不同來(lái)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(lái)源于共同的進(jìn)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(yáng)性菌有作用、且產(chǎn)量低、價(jià)格高,限制了其應用范圍。近年來(lái),人們正研究用基因工程和微生物發(fā)酵法生產(chǎn)溶菌酶,還采用酶修飾法合成溶菌酶,經(jīng)過(guò)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(fā)酵產(chǎn)生的溶菌酶與蛋清溶菌酶不同,它不但能溶解革蘭氏陽(yáng)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(fā)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(zhì)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(zhì)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(zhù),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(fā)現在肉兔飼糧中添加溶菌酶不但可以顯著(zhù)提高肉兔生產(chǎn)性能,降低飼料成本,而且可以改善肉品質(zhì),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(guān)人士不了解這個(gè)物質(zhì)的結構,僅從字面翻譯為“亞甲基雙水楊酸桿菌肽”,實(shí)際上我們了解其結構后發(fā)現,這個(gè)物質(zhì)中含有兩個(gè)亞甲基雙水楊酸,即含有四個(gè)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(guān)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(gè)物質(zhì)。
亞甲基水楊酸桿菌肽是第二代的桿菌肽產(chǎn)品,它是兩分子亞甲基雙水楊酸與一分子桿菌肽的產(chǎn)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(diǎn),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(kāi)始亞甲基水楊酸桿菌肽的研發(fā)和生產(chǎn),但很長(cháng)一段時(shí)間未能突破關(guān)鍵技術(shù),導致產(chǎn)品含量不穩定、批次之間質(zhì)量差異大,無(wú)法進(jìn)行市場(chǎng)上的大量推廣。針對這一情況,國際知名桿菌肽生產(chǎn)企業(yè)綠康生化有限公司組織國內外相關(guān)專(zhuān)家進(jìn)行技術(shù)攻關(guān),先后完成標準制定、毒性實(shí)驗、生長(cháng)實(shí)驗等相關(guān)實(shí)驗,生產(chǎn)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(shū)。
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(cháng)劑在雞料中長(cháng)期添加,這是近10年來(lái)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(cháng)劑長(cháng)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(cháng),藥理、毒理、殘留等做了非常細致的實(shí)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(wú)殘留、無(wú)休藥期等特點(diǎn),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(chǎn)企業(yè)在豬料、肉雞料和肉鴨料中進(jìn)行使用,效果非常理想。相信通過(guò)不斷地進(jìn)行市場(chǎng)推廣,亞甲基水楊酸桿菌肽一定會(huì )在藥物添加劑領(lǐng)域取得一席之地。
在國外,人們對亞甲基水楊酸桿菌肽有著(zhù)深入地研究和廣泛地應用,尤其是在美國,已經(jīng)有幾十年的應用歷史,積累了大量的經(jīng)驗。FDA的規定中明確指出,亞甲基水楊酸桿菌肽可長(cháng)期添加于肉雞、蛋雞、牛、豬、火雞、鵪鶉等動(dòng)物飼料中,用于促生長(cháng),提高產(chǎn)蛋率、改善飼料報酬以及控制禽類(lèi)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(fā)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(fā)的壞死性腸炎;在飼料中添加10~30mg/kg可以提高生長(cháng)/肥育豬的增重率和飼料效率,添加250mg/kg對有豬痢疾發(fā)病史但目前尚發(fā)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(shí)另一組在38~59kg階段添加44mg/kg泰樂(lè )菌素,59kg至屠宰階段的豬飼料中添加22mg/kg泰樂(lè )菌素,結果發(fā)現兩個(gè)組在對豬增日增重、飼料轉化效率、胴體瘦肉率上無(wú)顯著(zhù)差異。S.E.Watkins等(1999)研究認為飼料中同時(shí)添加亞甲基水楊酸桿菌肽與金霉素不會(huì )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(chǎn)生的,是有機體在進(jìn)化中為適應環(huán)境而產(chǎn)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(zhì)量通常在1×104以下。具有抗菌活性的多肽類(lèi)物質(zhì),包括cecropins、defensins等。
天然抗菌肽盡管有很多其他抗生素無(wú)法比擬的優(yōu)勢,但也有其缺陷性。某些天然抗菌肽在殺菌的同時(shí)具有溶血性,還有一些抗菌肽本身具有毒性,無(wú)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(lái)源有限、提取工藝復雜、成本昂貴,化學(xué)合成存在成本高、批量生產(chǎn)困難等問(wèn)題,通過(guò)基因工程獲得的抗菌肽也存在抗菌活性難掌握、生產(chǎn)困難等問(wèn)題。
某些抗菌肽抗菌譜廣、殺傷力強,但其對哺乳動(dòng)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(shí)降低其細胞毒性也是需要解決的問(wèn)題。
抗菌肽以其廣譜抗菌性、不易形成耐藥性和無(wú)藥物殘留等優(yōu)勢成為后抗生素時(shí)代的明星,特別是其通過(guò)調整細胞膜的脂質(zhì)電荷量、膽固醇含量來(lái)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(jìn)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(cháng)度上千差萬(wàn)別,但幾乎所有的抗微生物肽在本質(zhì)上都是陽(yáng)離子型,其高級結構無(wú)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(shí)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(jīng)過(guò)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(jīng)誘導產(chǎn)生蛋白質(zhì)水解體系等,就有可能產(chǎn)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(jiàn)地以及正確地使用抗菌肽,防止出現類(lèi)似抗生素耐藥性問(wèn)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(lèi)抗菌添加劑目前正被市場(chǎng)逐漸所知,但用戶(hù)廣泛接受和使用還需一定時(shí)日,如何提高產(chǎn)品品質(zhì)、建立和完善檢測方法和評價(jià)指標、提高產(chǎn)品含量、降低添加成本等是目前急需解決的問(wèn)題,相信通過(guò)科研院所、生產(chǎn)廠(chǎng)家的大力協(xié)作,這些問(wèn)題都會(huì )迎刃而解,若合規問(wèn)題解決,新型多肽類(lèi)抗菌添加劑被大家普遍使用的局勢很快就會(huì )到來(lái)。