抗菌肽饲料添加剂的应用及其研究进展

李凤娟

（辽宁威兰生物技术有限责任公司，沈阳　110033）



抗菌肽饲料添加剂的应用及其研究进展

李凤娟

（辽宁威兰生物技术有限责任公司，沈阳110033）

摘要：抗菌肽又称抗微生物肽，是生物先天免疫的重要组成成分，是氨基酸数目<100且具广谱抗菌特性的一类小肽。抗菌肽被广泛应用于生物制药、食品工业、饲料工业等领域。文章综述了抗茵肽的生物活性、在饲料行业中应用、未来研究重点以及发展前景。

关键词：抗菌肽；饲料添加剂；研究进展

抗菌肽又叫抗微生物肽，也称“宿主防御肽”，是抗生素的理想替代品之一。一般由多种生物细胞的特定基因编码，经外界条件的诱导产生，是具有抗细菌、真菌、病毒、原虫、抑杀肿瘤细胞等活性作用的一类多肽，具有相对分子质量小、热稳定、杀菌范围广、作用机制独特等特点，是天然免疫防御系统的重要组成部分，被称为“第二防御体系”。自1975年瑞典科学家Boman等从惜古比天蚕蛹中诱导发现1种抗菌肽及其免疫功能，并于1981年将其命名为cecropi，第1次真正意义上发现了抗菌肽[ 1 ]。此后，又在许多种生物体内陆续发现了多种抗菌肽，并相继被分离、纯化，同时一些抗菌肽的氨基酸一级结构和基因序列也被相继得到确定。2007年3月，中国科学院动物研究所在单个两栖动物个体中发现了107种新型的抗菌肽类多肽，约占全世界已知抗菌肽总数的10%，是目前世界上发现的最丰富的抗菌肽资源[ 2 ]。40年来，抗菌肽因其对多种耐药菌、部分病毒和某些肿瘤细胞有杀伤作用，被国内外科学家广泛的研究，也取得了卓有成效的成果。同时也被应用于医药领域、畜牧业领域、食品领域、转基因动植物领域、化妆品以及保健品行业[ 3-14 ]。

1　抗菌肽的生物活性

抗菌肽是由细胞核糖体合成的一类具有抗菌活性的多肽或蛋白质，按生物细胞来源可分为微生物抗菌肽（细菌素）、哺乳植物抗菌肽、植物抗菌肽、蛙类抗菌肽、鱼类和昆虫类抗菌肽；按其结构特点可分为α-螺旋型、β-折叠型、具有环状结构型和片层结构型等4类抗菌肽[ 4 ]。抗菌肽抗菌活性广，且与传统抗生素的抗菌机制不同，一般由20～ 60个氨基酸残基组成，通常以阳离子形式存在，具有强碱性、热稳定性、对pH耐受范围比较宽等特点，而且大多数抗菌肽对于100℃加热环境下仍能保持一定的抗菌活力[15-16]。抗菌肽通过破坏膜结构和非膜结构两种模式快速查杀靶标，不仅具有杀死革兰氏阴性和阳性细菌的作用，还具有抑制细菌生长和繁殖的生物学活性，另外还可以抗病毒、抗真菌、抑制或杀伤肿瘤细胞、杀灭寄生虫和原虫等。此外，抗菌肽在天然免疫中也扮演着重要的角色[17]。抗菌肽独特的生物活性使其被广泛应用于各行业中。

2　抗菌肽饲料添加剂的研究进展

饲料添加剂是指为满足特殊需要而加入饲料中的少量或微量营养性或非营养性物质。抗菌肽作为营养性饲料添加剂的优势有：应用过程中含抗菌肽的饲料产品不会出现工程菌扩散，减少对食物链造成的威胁；在饲料的规模化生产中由于抗菌肽的耐高温特性，进行高温浓缩处理时酵母菌体被充分杀灭而抗菌肽却不会失活；由于抗菌肽独特的杀菌机制，病原菌不易对其产生耐药性。因此，畜牧行业中，抗菌肽作为饲料添加剂有着非常好的应用前景。

在饲料行业中，抗菌肽广泛的应用于抗菌添加剂和防腐剂等方面，具有相当广阔的前景。随着人们安全与健康意识的提升，纯天然类产品更受青睐，因此由生物体天然产生的抗菌肽无疑成为新一代防腐剂的首选。就目前来看，在众多类型中，细菌素在杀灭革兰氏阳性菌（如李斯特菌）方面有显著效果，因此也成为了防腐剂研究领域的热点[18]。此外，乳铁蛋白是一种存在于牛奶中的结合铁元素防御蛋白，具有很高的抗菌活性，用乳铁蛋白抗菌肽B处理过的牛肉可以减少大肠杆菌的种群数量[19]。乳铁蛋白抗菌肽也可作为防腐剂。

2.1提高动物生产性能

饲料中添加适量的抗菌肽，能够使饲料的利用率提高，进而促进动物的生长。现在，我国应用于饲料添加剂的主要是蚕抗菌肽AD-酵母制剂，并且很多的畜禽水产试验也主要围绕这种抗菌肽来进行。黄永彤等研究表明，抗菌肽能够促进肉鸡的生长，提高其免疫力，与中草药抗生素相比差异不显著（P>0.05），且无残留[20]。关静姝等在1日龄健康肉鸡日粮中添加肠杆菌肽抗菌肽300 mg·kg-1，结果发现，饲喂适量的抗菌肽肉鸡出栏体重和平均日增重均增加，死亡率降低69%，同时也提高饲料的转化率，改善动物的生产性能[21]。张江等利用微生态制剂与天蚕素抗菌肽复合产品饲喂奶牛，试验发现，基础日粮中添加微生态和抗菌肽复合制剂30 g，可提高奶牛平均产奶量1.5 kg，体细胞降幅达60%[22]。徐名能等在荷斯坦牛日粮中添加抗菌肽制剂，试验结果表明，添加抗菌肽制剂能够显著提高乳脂率（P<0.05）[23]。此外，据相关文献报道抗菌肽还具有饲料防霉效果[19]。

2.2能够提高动物抗病能力

目前，对于畜禽细菌、真菌、病毒以及原虫等大部分疾病的防治都比较困难，而且临床应用的药物副作用大、价格昂贵，长期应用受到限制。研究表明，抗菌肽对于这类引发病害的真菌、病毒以及原虫有很强的杀伤力。利用抗菌肽的抗菌、杀菌作用，在饲料中添加抗菌肽可以提高动物的免疫力和抗病能力。马卫明在检测中发现，猪小肠抗菌肽对11种致病细菌均有不同程度的抑制作用，杀菌率可达到59.5%～98.5%[24]。抗菌肽针对细菌、真菌、病毒以及原虫等作用机制各不相同。抗菌肽对细菌的免疫作用主要表现在对细胞膜的破坏性，主要的杀菌机理是抗菌肽作用于细菌的细胞膜，破坏膜完整性并产生穿孔现象，造成细胞浆溢出胞外而导致细菌死亡。Jia等使用黄盖鲽抗菌肽配合合成抗菌肽CEMA定量饲喂感染弧菌的大马哈鱼，结果表明，复合抗菌肽可以降低大马哈鱼死亡率[25]。另外不同种类的抗菌肽抗菌活性存在着较大的差异，抗菌肽破膜也存在着明显的不同。抗菌肽对真菌的免疫作用主要是通过阻止和破坏细胞壁的合成，在细胞膜表面形成多聚体插入膜双分子层，形成孔洞使重要的内容物外泄，进入细胞后与核酸体、线粒体等大分子细胞器相互作用影响正常代谢使真菌死亡等方式起作用。黄沧海等针对罗非鱼生长性能与免疫力的研究中发现，添加黄霉素和高剂量抗菌肽能显著提高罗非鱼幼鱼抑菌作用[26]。研究表明，抗菌肽抗真菌能力还与真菌的属、种和孢子的状态有关。抗菌肽对病毒具有免疫作用，目前研究表明，抗菌肽对病毒的免疫机制有3种：抗菌肽与病毒的胞膜直接结合起到抗病毒作用；模仿病毒的侵染过程，干扰病毒的组装合成过程，起到抗病毒作用；通过抑制病毒的繁殖而起抗病毒作用[27]。Zasloff给斑节对虾饲喂抗菌肽的研究结果表明，在饲料中添加抗菌肽可以显著提高虾的成活率及对抗白斑病毒的感染能力（P<0.05）[28]。抗菌肽可以通过与原虫胞膜接触，间接引起细胞内部结构和细胞器的变化，从而干扰原虫细胞的代谢过程发挥免疫作用。蛙皮抗菌肽对疟原虫有损伤和抑制作用[29]。另外抗菌肽不仅对以上几种病原有免疫杀伤作用，对于发生癌变的细胞株则有明显的杀伤作用。富含甘氨酸的抗菌肽家族通常可以抗真菌和革兰氏阴性细菌以及通过破坏细胞膜来抗癌细胞[30]。因此动物饲喂含抗菌肽的饲料可以提高动物的自身免疫力。

3　抗菌肽在饲料行业中的应用现状

目前，我国饲料企业在经历了养殖业的产能过剩、企业的优胜劣汰及原料价格的大起大落之后，在2015年进入最重要的转型期。而且据2015年中旬饲料市场报告分析，近两年养殖业与市场发生了主谓倒置，由养殖业市场扼住了饲料行业，甚至是原料贸易的咽喉。而究其根本，养殖终端才是决定饲料以及上游原料市场的根本。2015年开始，养殖终端源头越来越集中于产品质量及安全性方面。在未来的一段时间，饲料企业也将致力于寻找安全的抗生素替代物——绿色饲料添加剂产品。抗菌肽不仅具有免疫原性小、广谱抗菌、水溶性好、热稳定性好、耐酸碱性等特点，而且对正常动植物细胞本身无毒副作用，成为了研究的热点。1987年国务院发布了《兽药管理条例》，把饲料添加剂的生产和使用列入兽医药政管理的范围。根据《饲料添加剂品种目录（2010）》，允许使用的肽类添加剂包括淀粉酶、纤维素酶、脂肪酶等酶制剂，其对特定的底物起作用，能够提高底物的利用率，为畜禽提供更多的能量和营养。另外，在《监测期内的新饲料和新饲料添加剂品种目录》中允许使用的肽类添加剂只有溶菌酶，在《饲料药物添加剂使用规范》中允许使用的肽类添加剂有3种，即杆菌肽锌、那西肽以及亚甲基水杨酸杆菌肽。

据中国产业信息网数据显示，2009—2014年我国配合饲料产量从7 156万t增长到1.5亿t，年复合增长16.4%；同期我国混合饲料产量从3 925万t增长到6 504万t，年复合增长10.6%。2015年1～10月，累计中国配合饲料产量12 677万t，同比增长2.17%。同期我国混合饲料产量5 275万t，同比增长0.35%。从以上结果来看，我国饲料年产趋于上升状态。根据2015年配合饲料数据计算，按照添加抗菌肽25 g·t-1，2014年全年需生产抗菌肽37.5万t。据中国产业信息网数据显示，2012年我国抗菌肽生物兽药产量达到2 545 t，同比2011年的2 035 t增长25.06%。2013年我国抗菌肽生物兽药产量达到3 120 t。从数据显示可以看出，未来抗菌肽产量增长空间还很大。

但抗菌肽代替抗生素作为饲料添加剂的研究距大规模的应用还有一定距离，也面临着许多问题：抗菌肽的种类很多，哪些种类作为饲料添加剂效果较好都有待确定；不同种类间的相互作用有待进一步确定；抗菌肽在动物体内含量少，所具备的天然资源缺乏，用基因工程的方法大规模生产抗菌肽需要进一步研究。目前，人们关于抗菌肽作为饲料添加剂的可行性仍有争议，在使用过程中所产生的效果以及可能会产生的副作用有待进一步评估论证[31]。

因此，就目前来看，未来关于抗菌肽的研究重点为：生物饲料资源的评估机制与发展，进一步建立基因资源的高通量直接分离技术、高通量筛选技术方法及有效的快速功能评估系统，获得一批有自主知识产权、有应用价值的新基因资源，建立生物饲料产品。生物饲料发酵技术平台的建立，进一步并加快产业化和实际应用的步伐。建立生物饲料产品饲用价值体系以及合适安全性评价体系。

4　展　望

当今社会畜牧业高效发展，我国畜牧业所面临的最大问题是畜禽类的应激反应和疾病问题，通常所采用的普遍对策是添加抗生素或其他药物。而继欧洲率先禁止近百种抗生素类药物在畜禽饲料中添加后，美国及其他西方国家也做出了相应举措，因此在我国禁止和部分禁止使用饲用抗生素也将成为必然趋势。

抗菌肽具有广谱的抗菌作用，具有促生长和治疗疾病的功能，不会产生耐药性，具有安全、无毒副作用的生物学特性，可作为一种绿色饲料产品。利用微生物大规模、高效生产抗菌肽，并且应用到动物生产中，不仅能为养殖业带来一定的经济效益，而且还保障了动物源性食品安全，促进养殖业向绿色无公害发展，抗菌肽具有广阔的发展前景。

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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

作者简介：李凤娟（1988-），女，甘肃甘谷人，生物工程师，研究方向为抗菌肽基因工程菌构建。

收稿日期：2015-12-28

中图分类号：S816.7；S816.8

文献标志码：A

文章编号：1001-0084（2016）02-0028-04