抗菌肽及其在动物养殖中的应用

段俊红 杨 帆

（铜仁职业技术学院，铜仁 554300）

近年来，由于抗生素药物的滥用，药物残留和细菌耐药性等问题日渐严重，特别是2010年南亚发现新型超级病菌NDM-1，其抗药性极强，可全球蔓延。全世界对抗生素滥用逐渐达成共识，在抗生素的地位和作用受到怀疑的同时，也遇到严格控制。科学家们致力于寻求一种能替代抗生素的新型抗菌物质。随着研究工作的深入开展，人们发现生物体经外界病原物质浸染可在机体产生一种具有生物活性的小分子多肽，这种生物活性多肽就是抗菌肽（peptide antibiotics），具有广谱高效杀菌活性、两亲性、热稳定性强、对机体正常细胞不敏感、无耐药性等优点，使其在药物开发、临床治疗、食品防腐及饲料添加剂等领域应用良好、前景广阔。本文就抗菌肽在动物营养上的研究进展及应用情况作以下综述。

1 抗菌肽结构及理化特性

天然抗菌肽通常是由12～60个氨基酸残基组成的碱性小分子多肽，水溶性好，分子量约4 kDa。多数抗菌肽的等电点大于7，表现出较强的阳离子特征。肽链N端富含赖氨酸和精氨酸等阳离子型氨基酸，C端富含丙氨酸、缬氨酸、甘氨酸等非极性氨基酸。在许多特定位置都有一些较保守的氨基酸残基，这些高度保守的氨基酸残基是一些抗菌肽分子具有抗菌活性所不可缺少的，另一些天然抗菌肽的C端往往是酰胺化的，这与抗菌肽的广谱抗菌活性有关。抗菌肽在一定条件下形成α-螺旋和β-折叠结构。大部分抗菌肽具有热稳定性，在100℃下加热10～15 min仍能保持其活性。但高浓度的一价和二价阳离子、聚阴离子（polyanion）、血清、阿朴脂蛋白A-I（apolipoprotein A-I）和蛋白酶等可降低抗菌肽的活性。有些抗菌肽对较大的离子强度和较低或较高的pH都具有较强的抗性，具有抵抗胰蛋白酶或胃蛋白酶水解的能力，这为饲料生产中添加外源抗菌肽提供了依据。

2 抗菌肽抗菌机制

抗菌肽对革兰氏阴性及阳性细菌均有高效广谱的杀伤作用。国内外已报道至少有113种以上的不同细菌均能被抗菌肽所杀灭。关于抗菌肽抗菌活性机理的研究，目前还未形成共识，不同的抗菌肽其抗菌机制不完全相同。目前研究报道较多的抗菌肽作用机制有“木桶板”、“环形孔”、“地毯”和“筏沉没”等模式。不论是何种机制，诱导杀灭细菌的过程首先是抗菌肽与细菌细胞壁上的脂多糖或磷壁酸静电结合，然后穿透细胞壁进入细胞膜与脂质双层相互作用，抗菌肽分子的疏水端插入细菌细胞膜的脂质膜中，进而牵引整个分子进入质膜，扰乱质膜上蛋白质和脂质原有的排列秩序，再通过抗菌肽分子间的相互位移而聚合形成跨膜离子通道，使细胞内容物外泄，细胞内离子大量丢失，细菌不能维持正常生命活动所需的胞内渗透压而死亡。也有研究表明，抗菌肽与细菌细胞膜结合不能增加细胞质膜的通透性而是渗透到细胞质膜中，并在细胞质内积聚到一定浓度，抑制细胞内部的生化进程而导致细胞死亡。Subbalakshm（1998）[1]报道抗菌肽indolicidin（100 g／ml）能够完全抑制大肠杆菌DNA和RNA的合成，对蛋白质的合成无影响，然而在150～200 g／ml的浓度下，indolicidin显著抑制蛋白质的合成。Park（1999）[2]报道来源于蛙的抗菌肽buforinⅡ并不引起大肠杆菌细胞质膜渗漏，而是穿透细胞膜在细胞质中积聚并与DNA和RNA结合，最终导致细菌死亡。Bobek（2003）[3]以人唾液中提取的抗菌肽MUC7作用于临床常见的真菌、杆菌和球菌，发现MUC7对真菌和细菌都有很强的杀伤作用。在超微结构中发现线粒体出现肿胀、空泡化、嵴脱落和不规则排列，核膜界限不清，有的核破裂，内容物溢出。

3 抗菌肽在动物养殖中的应用

目前，抗菌肽在动物养殖中应用有2个方面：（1）作为畜禽药品，用于预防和治疗动物疾病；（2）作为饲料添加剂，提高动物免疫力、预防动物疾病和促进动物健康生长。抗菌肽热稳定性较好，100℃下加热10～15 min不会失活，在水产养殖中应用成为研究热点。

3.1 猪

有关抗菌肽在养猪中的研究报道较多，2011年6月在北京顺义召开的关于抗菌肽在猪场应用及效果研讨会中明确提出养猪生产中使用抗菌肽具有显著的保健促长、提高动物健康、加快生长速度、降低生产成本、提高饲料利用率和生产率、可取代或部分取代饲料中添加的各种抗生素，实现无抗绿色养殖。陈香等（2011）[4]报道，在仔猪饲粮中添加250 mg／kg的天蚕素抗菌肽制剂可显著改善饲料转化率，降低饲料成本。马文锋（2011）[5]报道，添加0.3%抗菌肽替代0.2%氧化锌能显著降低仔猪腹泻率及饲料增重比（P<0.05），显著提高仔猪日增重（P<0.05），对血清猪瘟抗体水平也有一定的改善作用（P>0.05）。黄茂侠（2011）[6]报道日粮中添加0.6%～0.8%添加量的抗菌肽制剂对提高仔猪对呼吸道疾病和腹泻的抵抗力有显著效果。与添加300 mg／t的阿莫西林相比效果更好，抗菌肽在生产实践可以作为一种抗生素替代品进行推广应用。张董燕（2011）[7]报道日粮中添加0.3%天蚕素抗菌肽对于提高断奶仔猪生产性能、改善肠道菌群、减少猪体应激及提高机体免疫力等具有积极作用。

3.2 家禽

禽类生产中添加抗菌肽可提高机体免疫力，抵抗微生物感染的能力，促进生长，降低发病率，为今后替代抗生素的使用，减少药物残留提供了较好的发展前景。温刘发（2001）[8]通过饮水方式给粤黄黄鸡添加抗菌肽的饲养试验结果表明，抗菌肽可促进小鸡生长和减少排泄氮含量。从尿酸氮和总蛋白深度结果看，添加抗菌肽会使机体在蛋白质合成量变化不大的情况下减少机体蛋白质的分解代谢，从而促进生长。陈晓生（2005）[9]等人于肉鸭日粮中添加液体的蚕抗菌肽AD-酵母制剂发现，其血清代谢激素的活动显著增强、IGF-1浓度升高、营养物质合成加强、甲状腺素T3升高，脂肪、T4降低、尿素氮浓度显著降低、体内氮排出减少。李波（2011）[10]研究报道日粮中添加天蚕素抗菌肽的试验组鸡日增重、料肉比明显高于抗生素作为添加剂的对照组，这一研究为天蚕素抗菌肽取代饲用抗生素提供了依据。

3.3 反刍动物

抗菌肽制剂因具有广谱抗病原微生物，其功能的研究和应用为解决奶牛隐性乳腺炎提供了新思路，对引起乳房炎的无乳链球菌和金黄色葡萄球菌均有抗菌作用，而且能提高动物机体抵抗力和免疫应答能力，可提高乳腺健康水平，减少奶中体细胞数，改善牛乳品质，同时能提高奶牛精料采食量以及产奶量。徐名能（2011）[11]报道日粮添加剂50 g／（头·d）抗菌肽制剂能极显著地降低牛乳体细胞数75.86%（PO.05），并在一定程度上可防止隐性乳房炎的发生。宋丽华（2011）[12]选取隐性乳房炎患牛87头分为3个处理组，分别添加抗菌肽制剂0g/d·头、100g/d·头、50g/d·头。结果显示，高剂量试验组痊愈率和体细胞降低数低高剂量组共26头奶牛痊愈，2头有效，痊愈率65%；低剂量组共31头奶牛痊愈，痊愈率77.5%；高剂量组试验前体细胞数为136.45×104个/ml，试验后为44.02×104个/ml，降低67.74%；低剂量组试验前体细胞数为107.50×104个/ml，试验后为32.76×104个/ml，降低69.53%。

3.4 水产养殖

在水产饲料中添加抗菌肽能够提高鱼虾等水产动物抵抗病原微生物侵害的能力，表现出独特的抗菌性能和促生长作用，在替代黄霉素、喹烯酮和喹乙醇等抗菌药方面有较好的优势。王广军等（2005）[13]报道，在饲料中添加抗菌肽对南美白对虾的生长有显著影响，平均终末体重比对照组提高了23%，日生长速度提高了58%，相对增重率提高了19%，成活率提高了9%，饲料系数降低了13%。黄沧海（2011）[14]报道，日粮中添加天蚕素抗菌肽和黄霉素在促进罗非鱼生长方面优于喹乙醇和喹烯酮。家蝇抗菌肽能显著提高凡纳滨对虾成活率、增重率、特定生长率、饲料效率（P<0.05），当抗菌肽提取物添加量为2 000～3 000 mg/kg时，以上4个指标均达最高，且显著高于对照组（P<0.05）。

4 问题与展望

化学合成抗菌肽，成本较高利于规模化生产，而通过基因工程，在微生物中直接表达抗菌肽基因，可能造成宿主微生物自杀而不能获得表达产物。以融合蛋白的形式表达抗菌肽基因，虽然可以克服这一缺点，但仍有表达产物少的问题。同时抗菌肽的抗菌活性机理还不是很清楚，其研究应用大多数处于实验阶段。动物对各种抗菌肽的耐受浓度不同，在饲料中的添加剂量仍需进一步研究。但由于抗菌肽的抗菌能力强、抗菌谱广、种类多，不易产生抗性等优点，今后在医药、兽药、生物饲料添加剂、食品防腐剂、动植物抗病基因工程方面将有广阔的应用前景。

[1]SUBBALAKSHM I C，SITARAM N. Mechanism of antimicrobial action of indolicidin[J].FEM S Microbiology Letters，1998，160（1）：91-96

[2]PARK C B，KIM H S，KIM S C. Mechanism of action of the antimicrobial peptide bufofin II：buforinⅡ kills microorganisms by penetrating the cell membrane and inhibiting cellular functions[J].Biochemical and Biophysical Research Communications，1999，244（1）：253-257

[3]Bobek LA，Situ H.MUC7 20-Mer：Investigation of Antimicrobial Activity，Secondary Structure，and Possible Mechanism of Antifungal Action[J].Antimicrob Agents Chemother，2003，47（2）：643-652

[4]陈香、焦仕彦等.添加天蚕素抗菌肽对断奶仔猪生长性能的影响[J].中国饲料.2011（12）：25-30

[5]马文峰.抗菌肽替代氧化锌对仔猪生产性能及血清猪瘟抗体水平的影响[J].中国饲料.2011，19：22-24

[6]黄茂侠.抗菌肽对预防断奶仔猪腹泻和呼吸道疾病的作用[J].中国畜禽业.2011，6：72-74

[7]张董燕，季海峰等.天蚕素抗菌肽对断奶仔猪生产性能及血清指标的影响[J].饲料研究.2011，10：22-24

[8]温刘发，何丹林.抗菌肽酵母制剂的生产及其作饲料添加剂应用价值的探讨[J].广东蚕业，2001，35（2）：34-36

[9]陈晓生，温刘发等.饲粮中添加抗菌肽对肉鸭生产性能及免疫器官、内脏器官的影响[J].畜禽业，2005，2：12-13

[10]李波.日粮中添加天蚕素抗菌肽对母猪繁殖性能的影响[J].中国畜牧兽医.2011，38（1）：15-17

[11]徐名能等.日粮添加抗菌肽制剂对荷斯坦牛乳中体细胞数的影响[J].中国奶牛.2011，16：22-24

[12]宋丽华等.抗菌肽制剂对奶牛隐性乳房炎防治效果的研究[J].中国奶牛.2011，4：58-61

[13]王广军等. 抗菌蛋白在南美白对虾养殖中的应用试验[J].饲料工业.2005，8：33-34

[14]黄沧海等.抗菌肽与常用抗菌素对罗非鱼生长性能影响的比较研究[J].中国畜牧杂志.2011，17：52-55