抗菌肽在畜牧生產(chǎn)中的應(yīng)用

抗菌肽在畜牧生產(chǎn)中的應(yīng)用

抗生素作為飼料添加劑廣泛應(yīng)用于動物育種中，對動物育種的發(fā)展起著重要作用。它通過抑制或殺滅病原微生物，減少動物的發(fā)病率；抑制腸道中有害微生物，維持動物腸道微生態(tài)的平衡；使動物小腸重量變輕、腸壁變薄、腸絨毛變長，通過提高動物對養(yǎng)分的吸收率等方式促進(jìn)動物的生長，提高了飼料的利用率，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。但是，其在動物體內(nèi)和動物產(chǎn)品中的殘留，以及病原菌產(chǎn)生的抗藥性問題，對人類的健康和環(huán)境產(chǎn)生了負(fù)面的影響。尋找新型、安全的抗菌劑代替抗生素，已成為當(dāng)前國內(nèi)外飼料學(xué)科的一項重要內(nèi)容?？咕模╝ntibacterialpeptides）是生物體產(chǎn)生的一種具有強(qiáng)抗菌作用的陽離子多肽，是生物先天免疫的重要組成成分。1972年，瑞典科學(xué)家Boman等首先在果蠅中發(fā)現(xiàn)抗菌肽及其免疫功能。1981年Boman等首次從美國天蠶(Hyalophoracecropin)中成功地分離到兩種抗菌肽———蠶素(cecropin)A和B。此后，人們在植物、昆蟲、兩棲類、水產(chǎn)類以及哺乳類動物甚至一些細(xì)菌中都發(fā)現(xiàn)了抗菌肽類物質(zhì)。迄今為止，大約有2000多種抗菌肽被分離出來，各種脊椎動物中已發(fā)現(xiàn)100多種。在常見家畜中，豬體內(nèi)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了12種以上的抗菌肽；綿羊體內(nèi)至少已發(fā)現(xiàn)10種抗菌肽基因；牛體內(nèi)至少已發(fā)現(xiàn)30種抗菌肽，牛奶中也分離出3種抗菌肽(趙紅霞等，2003;Takumi等，2003；洪奇華等，2001)。經(jīng)過近20年的研究，人們對抗菌肽的結(jié)構(gòu)、功能及作用機(jī)制有了較深的認(rèn)識。CecropinA、Magainin、Nisi等已先后在醫(yī)藥、食品和農(nóng)業(yè)上得到了應(yīng)用。1抗菌酶的特性1.1抗菌肽的產(chǎn)生植物沒有哺乳動物那樣的特異的免疫系統(tǒng)，在生長過程中不可避免地會遭到各種細(xì)菌、真菌、病毒等的侵襲，但大部分時間里卻不會發(fā)病。研究發(fā)現(xiàn)，植物體內(nèi)存在大量的抗菌物質(zhì)(如抗菌蛋白、抗菌肽等)。硫堇能抑制許多病原細(xì)菌(革蘭氏陽性和陰性菌)和真菌的生長。植物防衛(wèi)素能導(dǎo)致真菌顯著而持續(xù)的鈣離子流入和鉀離子滲出，從而抑制多種真菌的生長（willem,1997）。在長期進(jìn)化的過程中，昆蟲形成了類似高等動物免疫系統(tǒng)的抗菌、殺菌分子(主要是抗菌肽)的快速合成機(jī)制，分泌到血液中，對抗入侵的細(xì)菌、真菌、病毒等。受到創(chuàng)傷的蛙在不干凈的水中仍能安然存活，其原因是它們體內(nèi)能產(chǎn)生抗菌肽，抵御病菌的侵害（吳詩光等，2004）。研究發(fā)現(xiàn)，極低濃度的爪蟾種類的特異性抗菌肽———蛙皮肽（magainin）就能殺死革蘭氏陽性菌和陰性菌、真菌以及原生動物（徐進(jìn)署等，2001）。Oren等（1996）從豹鰨體上分離到一種抗菌肽（Pardaxin），研究發(fā)現(xiàn)，它具有比蜂毒素更強(qiáng)的抗菌活性和更低的人紅血球溶血活性。在哺乳動物中，多種白細(xì)胞都可以生成總稱為cathelicidins的一類抗菌肽，不但具有殺滅多種革蘭氏陽性和陰性細(xì)菌的功能，某些種類還參與機(jī)體的多種其它的生理功能（李朝等，2004）。Hiemstra等(2004)認(rèn)為抗菌肽是哺乳動物先天免疫的主要中介物質(zhì)。1.2抗菌肽的合成目前發(fā)現(xiàn)的抗菌肽分子量都比較小，如植物防衛(wèi)素分子量為5kDa左右，一般有45～54個氨基酸殘基，含8個半胱氨酸。鳳仙花種子中發(fā)現(xiàn)的抗菌肽1bAMPs,僅有20個氨基酸殘基，是迄今為止在植物中發(fā)現(xiàn)的最短的抗菌肽（吳詩光等，2004）。昆蟲抗菌肽的4大類中，cecropin含31～39個殘基；昆蟲防御素含38～43個殘基；富含脯氨酸的陽離子肽如apidaccin、abaccin和drosocin等的分子量為2～4kDa；富含甘氨酸的抗菌肽，如diptericin、attacin、sarcotoxin、coleoptericin等的分子量為8～30kDa（徐進(jìn)署等，2001）。蛙皮素含有21～27個氨基酸的殘基。目前，從豬體內(nèi)發(fā)現(xiàn)的12種以上不同的抗菌肽的分子量均小于10kDa(Destoumieux,2000）。這就為利用基因工程的方法對抗菌肽進(jìn)行大規(guī)模的生產(chǎn)，以及對其進(jìn)行局部的結(jié)構(gòu)改造提供較好的條件。目前有不少抗菌素肽的序列已經(jīng)分析出來,如:Brevinin1、Tigerinin1、CecropinA、CPF1等（Sitaram等，2000）。Destoumieux等(2004)利用基因工程合成的抗菌肽Penaeidins與天然的Penaeidins在結(jié)構(gòu)上雖有差異,但活性相似。Sung等(2002)將源于豬的Tritrpticin的脯氨酸換為丙氨酸，導(dǎo)致溶血作用提高而抗菌活性無明顯變化?？咕脑诜兴兄?0min仍不變性失活，能耐受飼料制粒時的高溫作用，規(guī)?；l(fā)酵生產(chǎn)抗菌肽時經(jīng)高溫濃縮工序，可充分殺滅酵母菌體而不導(dǎo)致抗菌肽失活，使產(chǎn)品在推廣應(yīng)用后不會出現(xiàn)因工程菌的擴(kuò)散而導(dǎo)致的環(huán)境生態(tài)問題（溫劉發(fā)等，2005a）。1.3抗菌肽的抗菌機(jī)理抗菌肽的抗菌機(jī)理與傳統(tǒng)的抗生素有較大的不同。傳統(tǒng)的抗生素主要是細(xì)菌的發(fā)酵產(chǎn)物，由酶促反應(yīng)合成，通過抑制細(xì)菌細(xì)胞壁或DNA的合成而發(fā)揮作用，發(fā)揮作用時需與細(xì)菌細(xì)胞膜或胞內(nèi)特異的受體結(jié)合，細(xì)菌容易通過變異而產(chǎn)生抗藥性。而抗菌肽則是由宿主基因編碼，在核糖體上合成的，它的抗菌機(jī)理目前主要認(rèn)為與離子通道的形成有關(guān)。大多數(shù)抗菌肽分子是帶正電荷的，可以與細(xì)菌胞漿磷脂分子上的負(fù)電荷通過靜電吸附而結(jié)合在脂質(zhì)膜上，使脂雙層外側(cè)發(fā)生扭曲，細(xì)胞膜產(chǎn)生相變，產(chǎn)生短暫的離子通道。這是通過物理作用造成的細(xì)胞膜穿孔，不需要特殊的受體，因而它可以殺滅微生物而不產(chǎn)生抗藥性(Andre等，2003)。1.4無殺害作用高等動物腸道微生物菌群發(fā)達(dá)，不同動物的腸道內(nèi)源性抗菌肽能抑制其相應(yīng)的外源性病原菌，而對動物腸道中共生生態(tài)系統(tǒng)中的微生物和動物細(xì)胞無殺傷作用,即高等動物腸道抗菌肽具有“種”特異性。盡管高等動物腸道抗菌肽具有此優(yōu)點，但它們在動物體內(nèi)表達(dá)分泌量有限，加上現(xiàn)代畜禽飼養(yǎng)業(yè)日益呈集約化，病原傳播和入侵及各種應(yīng)激作用日益強(qiáng)化，使得畜禽腸道表達(dá)量有限的抗菌肽更難以對動物自身的保健起很大作用。應(yīng)用各種動物的專一性內(nèi)源性抗菌肽作飼料添加劑，可使飼養(yǎng)動物在受到外源病原菌入侵或應(yīng)激時能特異性地維持其健康和生長（溫劉發(fā)等，2005a）。2作為飼料添加劑的應(yīng)用效果2.1豬小鼠抗菌肽的抗菌活性抗菌肽由于其作為飼料添加劑的眾多優(yōu)點，正引起人們的關(guān)注，有望成為替代抗生素的產(chǎn)品之一。目前，不少研究者做了一些相關(guān)的試驗，得到了較好的結(jié)果。馬衛(wèi)明等(2005)檢測了豬小腸抗菌肽對雞大腸桿菌(O1)C83845株、雞白痢沙門氏菌C79-13株、大腸桿菌(O2)、大腸桿菌(O78)、豬致病性大腸桿菌自然分離株、雞致病性大腸桿菌自然分離株、白色葡萄球菌、金黃色葡萄球菌ATCC25923株、豬致病性沙門氏菌自然分離株、綠膿桿菌ATCC27853株、魚致病性嗜水氣單胞菌等11株細(xì)菌的作用。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，豬小腸抗菌肽對以上各株細(xì)菌均有不同程度的抑制作用，殺菌率59.5%～98.5%不等。汪以真等(2004)將抗菌肽與抗生素在體外抗大腸桿菌(E.coli)K88、大腸桿菌ATCC25922、豬霍亂沙門氏菌ATCC50020、鼠傷寒沙門氏菌和金黃色葡萄球菌ATCC25923的效果進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，抗生素抗金黃色葡萄球菌的效果要好于抗菌肽，但對大腸桿菌的效果要差得多。2.2抗菌肽對雞的影響目前，國內(nèi)作為添加劑生產(chǎn)應(yīng)用的主要是蠶抗菌肽AD-酵母制劑，大多數(shù)的畜禽試驗也是圍繞這種抗菌肽進(jìn)行的。溫劉發(fā)等（2001b）通過在斷奶仔豬的飼料中用抗菌肽代替抗生素，對仔豬的腹瀉、生產(chǎn)性能等作了比較。結(jié)果表明，抗菌肽在仔豬斷奶應(yīng)激期間抗腹瀉效果不比抗生素差，適量的抗菌肽比抗生素促生長的效果要好，但高劑量的抗菌肽則降低了仔豬的生長。黃永彤等(2004)發(fā)現(xiàn)，抗菌肽對肉雞有促進(jìn)生長和提高免疫力作用，與中草藥抗生素相比，在出欄率、平均體重、飼料效率等方面均無顯著性差異，且在出欄前3d停喂，抽檢無殘留。溫劉發(fā)等(2001a)通過飲水方式給粵黃雞添加抗菌肽的飼養(yǎng)試驗結(jié)果表明，抗菌肽可促進(jìn)小雞生長和減少排泄物氮含量。陳曉生等(2005a)于肉鴨日糧中添加液體的蠶抗菌肽AD-酵母制劑發(fā)現(xiàn)，血清代謝激素的活動顯著增強(qiáng)，IGF-1濃度升高，營養(yǎng)物質(zhì)合成加強(qiáng)；甲狀腺素T3升高，脂肪、T4降低；尿素氮濃度顯著降低，體內(nèi)氮排出減少。陳曉生等(2005b)發(fā)現(xiàn)抗菌肽能使肉鴨的產(chǎn)肉率提高，腹脂率、內(nèi)臟器官比重降低，在適當(dāng)劑量時，使用效果與金霉素基本一致。陳曉生等(2005c)發(fā)現(xiàn)，添加抗菌肽制劑2ml/kg能有效提高肉鴨生產(chǎn)性能，尤其是小鴨階段（1～2周齡）效果顯著；2、3ml/kg添加量均可顯著提高產(chǎn)肉率。從尿素氮和總蛋白濃度結(jié)果看，添加抗菌肽會使機(jī)體在蛋白質(zhì)合成量變化不大的情況下減少機(jī)體蛋白質(zhì)的分解代謝，從而促進(jìn)生長。王廣軍等(2005研究了抗菌蛋白在南美白對蝦養(yǎng)殖中的應(yīng)用效果。結(jié)果表明，在飼料中添加抗菌蛋白，無論是在日生長速度、相對增重率、飼料系數(shù)、成活率，還是抗病力方面均有顯著提高。此外，國外有報道稱，抗菌肽對飼料防霉也有一定的效果。3抗菌肽的相互作用抗菌肽代替抗生素作為飼料添加劑的研究最近幾年才發(fā)展起來的，還處于探索階段，距形成成熟的技術(shù)，大規(guī)模的應(yīng)用到動物生產(chǎn)中還有很多問題需要解決：(1)抗菌肽的種類很多，哪些種類作為飼料添加劑效果較好而且又比較經(jīng)濟(jì)；不同種類的抗菌肽之間是否有相互作用，有待于進(jìn)一步研究。(2)抗菌肽在動物體內(nèi)含量少，天然資源缺乏，而且由于其具有廣譜的抗菌作用，很難利用微生物進(jìn)行生產(chǎn)；化學(xué)合成的生產(chǎn)成本昂貴，目前還無法投入大規(guī)模的生產(chǎn)（邱曉燕等，2002）；用