抗菌肽在水产养殖绿色发展中的应用

文/冯东岳

水生动物病害问题成为制约水产养殖绿色发展的瓶颈问题之一。抗菌肽能特异性地杀灭病原微生物，不易产生耐药性，越来越受到人们重视，在水产养殖绿色发展中的应用前景越加广阔。本文就抗菌肽的本质特性、作用类别及其在水产养殖病害预防和防治过程中存在的问题及应用前景等方面作了相关介绍。

近年来，我国水产养殖取得了举世瞩目的成就，养殖产量连续多年居于世界首位，养殖模式不断创新，养殖品种不断推新，养殖科技不断翻新，为世界渔业发展贡献了中国智慧和中国方案。但随着高密度、工厂化、集约化养殖模式的建立及推广，水生动物病害问题日趋严重，成为制约水产养殖绿色发展的瓶颈问题之一。为降低经济损失，养殖生产中大量使用抗生素等化学类药物来防治病害，不但破坏水域生态环境，而且容易引起病原微生物产生耐药性，进而影响水产品质量安全并危害人类健康。因此，寻找新类型、不易产生耐药性并具有广谱抗性的替代物质来防治水生动物病害已成为当前重要的研究方向之一。抗菌肽能特异性地杀灭病原微生物，不易产生耐药性，因而越来越受到人们重视，在水产养殖绿色发展中的应用前景越加广阔。

一、抗菌肽基本特性

（一）抗菌肽分类

抗菌肽也称为抗微生物肽、抗生素肽，是一种具有广谱抗微生物活性的小分子多肽，一般其相对分子质量小于5000，氨基酸数目小于100，是生物体先天非特异性防御系统的重要组成部分。抗菌肽是参与抵抗病原微生物感染的一类具有阳离子微粒的生物活性肽。在动物机体的防御机制中，大部分生物可以利用其自身的抗菌肽作为抵御微生物入侵的第一道屏障。目前，已在昆虫、鸟类、动物、植物及原核生物中发现多种内源性抗菌肽。抗菌肽可以根据其不同作用对象分为：抗细菌肽、抗真菌肽、抗病毒肽、抗肿瘤肽、抗细菌兼真菌肽、抗微生物兼肿瘤肽等；根据其来源分为昆虫抗菌肽、水生动物抗菌肽、两栖类抗菌肽、哺乳动物抗菌肽、植物防御素、微生物抗菌肽、人类源抗菌肽和人工合成抗菌肽等；根据其结构特征分为α-螺旋抗菌肽和β-折叠抗菌肽等。

（二）抗菌肽结构特点

抗菌肽具有广谱的抗微生物活性的特点，对细菌、真菌、霉菌、原虫和某些病毒均有作用。抗菌肽的一级结构具有典型特征，即由多个氨基酸残基组成的肽链构成，其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、缬氨酸和甘氨酸等非极性氨基酸，其中间部分则富含脯氨酸。这一结构特征使抗菌肽具有表面活性剂活性。一些天然抗菌肽的C端往往是酰胺化的，可能与抗菌肽的广谱抗菌活性有关。而抗菌肽能在一定条件下形成α-螺旋和β-折叠、环状结构和伸展性结构4种二级结构，这是决定抗菌肽破膜活性的基础。例如，泥鳅抗菌肽、杂交斑纹鲈鱼皮肤鳃和血液肥大细胞中的抗菌肽、大黄鱼肌肉中的抗菌肽等都因具有α-螺旋而有抑菌特性。

（三）抗菌肽生物活性

1.抗菌活性

抗菌肽具有广谱抗菌活性，对许多革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌、真菌都有活性。目前公认的抗菌肽杀菌机理主要是抗菌肽作用于细菌和真菌的细胞膜，破坏细胞膜的完整性，并产生穿孔现象，造成细胞内物质溢出胞外而死亡。同时，抗菌肽还可与真菌细胞内线粒体、核酸等大分子细胞器相互作用，最终导致菌体死亡。研究发现，多数抗菌肽在很低的浓度水平就显示出强大而广谱的抗菌活性，如来源于点带石斑鱼（E.coioides）的抗菌肽Epinecidin-1对副溶血性弧菌、溶藻弧菌、创伤弧菌、巴氏德杆菌、温和气单胞菌、嗜水气单胞菌和大肠杆菌等均显示出良好的抑菌作用。

2.抗病毒活性

抗菌肽可对病毒核酸复制到颗粒包装的全过程进行干扰，抗病毒的作用机制主要包括以下3种：直接与病毒粒子相结合；抑制病毒的繁殖；模仿病毒的侵染过程。研究发现来源于罗非鱼的抗菌肽Hepcidin1-5（TH1-5），随浓度的增加能较强抑制鱼感染神经坏死病毒，表现出较强的杀伤作用。

3.抗寄生虫活性

抗菌肽可有效杀灭引起人类及动物患寄生虫病（如疟疾、莱什曼病等）的寄生虫。目前，发现一种合成的天蚕素-蜂毒素杂合肽对莱什曼原鞭毛虫有损伤作用，发生损伤作用的位置是细胞质膜，进而破坏膜电势，提高细胞膜的通透性，可达到杀死寄生虫的目的。研究发现昆虫抗菌肽对感染蚊子的疟原虫发育的不同时期有不同作用，主要对疟原虫的子孢子期造成损伤。

二、抗菌肽在水产养殖上的应用

目前，水产上抗菌肽主要有鱼类抗菌肽、贝类抗菌肽、甲壳动物抗菌肽和两栖动物抗菌肽。

（一）鱼类抗菌肽

鱼类抗菌肽是一类分布广泛的小分子蛋白，是鱼体非特异性免疫系统的重要组成部分。当鱼体受到损伤或病原微生物等胁迫时，鱼体能快速灵活地产生抗菌肽预防和杀伤病原微生物。有研究发现从豹鳎体上分离出一种含有33个氨基酸残基的抗菌肽，该抗菌肽具有比蜂毒素更强的抗菌活性和更低的人红血球溶血活性。从泥鳅体内分离到一个含有21个氨基酸的抗菌肽Misgurin，具有较强的体外广谱抗菌活性且没有明显的溶血作用。研究表明在饲料中添加适量抗菌肽或者重组抗菌肽，能显著提高鱼类的生长速度和相对增重率，同时，提高其抗病能力。

（二）贝类抗菌肽

贝类和其他无脊椎动物一样缺乏特异性免疫系统，细胞免疫和体液免疫是构成其免疫防御体系的主要部分。目前，贝类抗菌肽的研究主要集中于贻贝。贻贝抗菌肽是一类小分子阳离子抗菌肽，N末端具有信号肽，带正电荷并且富含半胱氨酸。

（三）甲壳动物抗菌肽

甲壳动物的抗菌肽大部分属于小分子肽，种类繁多，结构和组成也复杂多样，其来源主要是甲壳纲的虾、蟹等。在养殖的南美白对虾的血细胞和血浆中分离出的几种抗菌活性因子,有的活性因子具有抗真菌、细菌活性，尤其对革兰氏阳性菌的抗性强。

三、抗菌肽在水产养殖应用中存在问题

目前，抗菌肽的作用主要是提高水生动物抗病能力。水生动物的非特异性免疫系统较发达，抗菌肽在该系统中占有重要地位。当病原微生物入侵时，它们可以快速产生免疫分子进行抵御，保护自身机体。将抗菌肽制剂添加到鱼饲料中，不仅可以提高水生动物的免疫抗病力，而且可以缓解水产养殖中的细菌耐药性及水产品抗生素污染等问题，避免因渔药使用不当而产生的药物残留。虽然抗菌肽具有提高水生动物免疫力、生长力的作用，但大规模使用还存在以下几个方面的一些问题。

一是在饲料中添加抗菌肽可提高鱼类的生长性能、免疫力和抗病力，但是种类不同或来源不同的抗菌肽，添加量也不相同，这方面存在研究空白。

二是天然抗菌肽的提取工艺较为复杂，提取成本相对较高，而目前应用的抗菌肽主要以化学合成为主，难以保证其具有较高生物活性，并且合成产量低，难以达到产业化规模需要。

三是虽然可以通过基因工程技术得到某些抗菌肽，但其抗菌活性难以保证，原因在于合成抗菌肽虽然一级结构与天然抗菌肽完全相同，但是二级、三级结构变化多样，不能使其完全相同，难以达到预期的抗菌效果。

四是基础研究不够深入，目前抗菌肽的毒理药理药效方面的研究还不多，仍需在抗菌肽使用剂量、使用方式、作用时间等方面对水生动物和人体的影响做系统研究。

四、抗菌肽在水产养殖绿色发展中的应用前景

抗菌肽在水产养殖中的应用研究已经取得了一定成效，传统的水产养殖方式经常使用抗生素，致使大多数病原微生物产生不同程度耐药性，而抗菌肽具有独特的抗菌机制，通过修饰改造，完全有可能设计出可替代传统抗生素的新型抗菌肽药物，为渔药开发提供了新来源和新思路。然而，由于抗菌肽在体内的活性弱且易被降解，真正将其应用于大规模水产养殖还需进一步研究。今后，随着各种抗菌肽不断被提取出来，并明确了其结构和功能，人们将开始集中研究反应速率快、稳定性强、特异性强、低毒无害的抗菌肽基因，进而将这类抗菌肽基因通过基因工程菌表达，实现大规模生产。面临的难题在逐步得到解决的同时，抗菌肽在水产养殖绿色发展中也将发挥出应有的作用。