细菌素作用方式及其在饲料和养殖中的应用

高会军

（盘山县沙岭动物卫生监督所，辽宁 盘锦 124100）

农产品质量和食品安全是涉及国计民生的大事。抓好全过程监管是保障农产品质量和食品安全的主要途径，尤以生产环节至关重要，它是整个产业链的基础保障。在畜牧养殖饲料中持久添加抗生素所带来的耐药性和药物残留问题，已成为制约饲料工业和养殖业健康发展的“瓶颈”。 细菌素（Bacteriocins）作为一类由微生物产生的具有抑菌活性的多肽或前体多肽类物质，因其具有抗生素和益菌素双重功效兼具高效、安全、无残留、难产生抗药性等特点，而受到业界的广泛关注，并逐渐在饲料工业和畜禽养殖中得到广泛应用，很可能成为饲用抗生素的替代物。

1 细菌素的分类

细菌素的分类和术语自其被发现以来变化很快，主要分类用在大肠菌素上，首先依据大肠菌素的吸附特性进行分类，然后依据免疫特性再分成亚类。由于许多细菌素已被详细深入研究，因而有必要按照其抑菌谱进行详细分类，并由此建立了一套分类编码术语，即产生细菌素的菌株编码加细菌素的最初字母。例如大肠菌素CA23D指的是由大肠杆菌CA23代谢生成的大肠菌素D。Bradely于1967年根据细菌素的自然特点设计了一种分类准则。该准则将细菌素按照分子量大小分为两个大类：第一类是具有热稳定性、超速离心下不会沉淀、不能在电子显微镜下分辨出来的小分子；第二类是热不稳定、容易沉淀、可抑制胰蛋白酶活性、能在电子显微镜下分辨出来的大分子。

细菌素通常是指大肠菌素型的蛋白质，而由革兰氏阳性菌生成的细菌素并不适合这种分类定义，其主要原因在于这类细菌素抗菌活性谱广，作用机制受特殊受体调控，在溶菌酶作用下可提高分泌量。Tagg于1992年建议对细菌素进行重新分类，考虑非大肠菌素类型特点的物质，或在原有分类中加入细菌素类似物。Klaenhamer依据结构、作用机制、基因和生物化学特性，将细菌素分为4类。Cotter提出将细菌素分为2个大类，每一类再分成亚类（见表1）。

表1 细菌素分类Table 1 Bacteriocin classification

目前，细菌素分类尚没有一个国际通用标准，但随着人们对细菌素研究的不断深入，其分类将日趋科学化、系统化和标准化。

2 细菌素的作用方式

近年来，针对细菌素作用方式的研究多以细胞膜为靶点。鉴于绝大多数细菌素可引起细胞膜渗透而促使细胞内物质泄漏和质子原动力消失，故此类细菌素对敏感细胞具有一定的杀菌效果。试验表明，在受到物理或化学压力发生破损的情况下，革兰氏阴性菌会对细菌素敏感。这种革兰氏阴性菌拥有一个由磷脂和脂多糖组成的附加层，附加层上的孔蛋白只允许分子量小于600 Da的分子自由进出，而绝大多数分子无法渗入进去。乳酸菌获得的细菌素最小分子量约为3 kDa，故无法接触到细胞质膜。而乳酸菌素Nisin可渗入革兰氏阳性菌的细胞质膜并对其造成损坏，使敏感细胞氨基酸和阳离子流出细胞膜囊，干扰细胞生物合成，最终导致跨膜电位消失，引起细胞死亡。

目前，细菌素的作用方式主要是通过吸附于敏感细菌并与其细胞膜上的特异蛋白受体结合，以及插入细胞膜或形成孔道2个途径。

3 细菌素在饲料和养殖中的研究和应用

由于细菌素具有抑菌活性和安全性而被作为食品添加剂，在食品行业得到较为广泛的使用，但在饲料中应用较少。随着人们对细菌素安全性和功效研究的深入，以及对抗生素危害认知程度的加深，细菌素有可能成为替代饲用抗生素的新一代添加剂产品。

细菌素因具有种类多、无毒、大部分基因位于质粒上、分子量小、含修饰氨基酸、结构复杂等特点，而被认为是基因工程、食品添加剂、蛋白质工程、抑制病原菌和调节肠道菌群的好材料。鉴于大多细菌素的抗菌谱较窄，如果选用恰当的细菌素，既能防止动物受某些肠道致病菌的危害，又不至于影响动物肠道其他有益微生物。细菌素在饲料中的主要作用是防止饲料被沙门氏菌等致病菌污染及致病菌对动物肠道产生危害，有与抗生素饲料添加剂相似的有益作用，可在饲料中广泛应用。

对细菌素的系统研究仍是当前热门方向。有关细菌素毒理的研究，国外起步较早。1973年，Shtenberg和Fowler等就对nisin的毒性进行了相关研究；Reddy等分别用大鼠和家兔对nisin毒理进行相关研究，发现nisin对家兔生产性能不会产生负面影响，对大鼠动物体重及其他生理指标没有影响；Thomas等用家兔和小鼠进行腹腔注射毒性试验，研究由铜绿假单胞菌产生的细菌素——绿脓菌素的毒性，没有引起任何的死亡率或应激，从而证实绿脓菌素这种细菌素毒性很小；Akihiro Hagiwara等用大鼠研究nisin A的安全性，证明其无毒。仅从研究结果看，细菌素对小型动物的毒性很小，但对家禽、单胃动物甚至人类是否产生毒性，有待进一步研究。

4 结语

细菌素虽然具有抗生素的一些效果，但尚有一些科学问题需要解答，如细菌素的长效性、能否产生抗药性，产生细菌素的有益菌生存、定殖情况等。随着饲料中禁用抗菌素的呼声越来越高，细菌素发展迎来了难得的契机。行业领域专家应在未来一段时间内，集中对这些问题进行解释和阐述，深入了解细菌素作用效果，加强细菌素应用研究。