公务员期刊网 论文中心 正文

抗菌肽在水产养殖中的应用

抗菌肽在水产养殖中的应用

摘要:抗菌肽是一类广泛分布于多种生物中且具有广谱抗菌活性的小分子短肽,由于其具有广谱抗菌、作用机制独特、热稳定性以及半衰期较短等诸多优点而受到学者的广泛关注。抗菌肽不易引起病原菌产生耐药性的优点,成为有望替代抗生素的产品之一,在替代抗生素有关方面的研究中具有重要意义。本文简单叙述了抗菌肽的分类、生物活性、作用机制,详细说明了抗菌肽的生物学功能,并对其在水产养殖行业中的应用前景进行展望。

关键词:抗菌肽;水产养殖;生物活性功能

1980年,世界上第一个抗菌肽是由瑞典科学家发现的,定名为Cecropins。抗菌肽是具有抗菌活性的一类多肽物。人们进一步研究发现抗微生物肽是最适合的抗生素替代品,其具有广谱抗菌活性,并能迅速杀灭病原体,包括革兰氏阴性菌、革兰氏阳性菌、病毒等,而且副作用小、稳定性和溶解性强,在水产养殖方面具有良好的发展前景。

一、抗菌肽的分类

抗菌肽广泛分布于自然界中,种类丰富多样,为了方便区分,我们可以根据抗菌肽的来源、功能、结构分别进行分类。抗菌肽在植物、哺乳动物、两栖动物、海洋生物、昆虫、细菌和真菌等各种生物中均有分布,因此,可以根据其来源将其分为五种;而根据抗菌肽对细菌、寄生虫、原虫、病毒、真菌及肿瘤的广泛生物学抗性功能的不同又可以分为五种;由于抗菌肽化学结构的不同,有的富含某种氨基酸,有的含等量半胱氨酸,有的不含半胱氨酸的线性抗菌肽,又可以分为三种。

二、抗菌肽的作用机制

抗菌肽对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌都具有杀菌作用,其独特的广谱抗菌特性是传统抗生素不能与之比较的,这也是抗菌肽的优势所在。抗菌肽具有独特的结构,通过中和电荷与细菌细胞膜的相互作用,从而穿透并杀死细菌,这是一个非常复杂的过程,研究学者们将其主要分为两部分,一是抗菌肽的膜透化作用,二是抗菌肽与细菌胞质内靶目标的作用。

(一)抗菌肽的膜透化作用首先,抗菌肽是一种含有较多正电荷氨基酸的两性分子,其正电荷区域可以与细菌细胞膜上的负电荷通过静电引力相互作用,选择性结合细菌外膜,抗菌肽的疏水端进入细胞膜的磷脂分子层中,从而改变脂质膜结构,使细胞形成空洞。抗菌肽两端的疏水性氨基酸决定着多肽与细菌磷脂膜紧密结合,因此,可以使细胞膜上的蛋白质分子和磷脂分子结构紊乱,这是抗菌肽作用的关键。

(二)抗菌肽与细菌胞质内靶目标的作用抗菌肽通过作用改变了细胞膜的通透性后并没有结束,这只是一个中间过程,随后抗菌肽可以进入细胞内,与细胞内的其他物质结合,从而干扰代谢,完成杀菌作用。许多抗菌肽穿过细胞膜后通过在细胞内不断积累而干扰其正常功能,引起病原体死亡,从而完成完整的杀菌作用。

三、抗菌肽的生物学活性

抗菌肽对细菌、病毒、真菌、肿瘤细胞、寄生虫与原虫都有着不同的作用效果。目前,研究人员已经发现了抗菌肽对多种病原体的抑制功能,这里主要讲一下抗细菌、病毒、寄生虫和原虫的生物学活性及抗菌肽的免疫功能。

(一)抗细菌活性抗菌肽具有广谱的抗菌活性,大量研究证明,抗菌肽对多种革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌均有明显的抗菌效果。抗菌肽的种类繁多,不同的抗菌肽也表现出不同的抗菌活性,通过多种抗菌肽的配合,可以达到对细菌的精准、强效、杀灭作用。抗菌肽可以单独发挥其抗菌活性,也可以由多种不同种类抗菌肽结合加强抗菌作用。除此之外,还可以与传统抗生素共同使用,发挥协同作用。传统抗生素的作用机制是其具有特定的作用位点,或者通过改变细菌的生长繁殖条件,从而达到杀菌目的。此类作用机制的弊端是容易产生抗药性,演变为超级细菌,细菌的基因只要稍作改变就可以抵御此类抗生素的作用,而抗菌肽是通过膜透化作用及胞质内靶目标的作用杀灭细菌,因此,不会使细菌产生抗药性。两者结合使用,既可以增强抗菌肽和抗生素的药物疗效,又可以拓宽抗生素的抗菌谱,解决细菌产生抗药性的难题,一举多得。

(二)抗病毒活性抗菌肽除了具有抗细菌活性外,还对病毒感染有抑制功能。研究发现,RNA病毒和DNA病毒(无包膜病毒、猫杯状病毒、艾柯病毒例外)都会受到影响。由于细菌与病毒的生物结构不同,抗菌肽所展现的生物学活性也不相同。根据科学家的研究,抗菌肽的抗病毒活性主要与病毒的吸附过程以及抗菌肽和病毒外壳蛋白在病毒包膜上的直接相互作用有关,这不仅与病毒种类有关,也与抗菌肽的结构有关,不同结构的抗菌肽可以显示出不同的抗病毒能力。

(三)抗寄生虫和原虫活性蛙皮素2是第一个被证明具有抗原虫活性的抗菌肽,可以导致草履虫肿胀和破裂死亡。这个发现对生物寄生虫、原虫的防控有着重要意义。通过进一步研究,发现了多种有着抗寄生虫、原虫活性的抗菌肽,抗菌肽不仅可以杀灭寄生在生物机体内的寄生虫,而且对寄生虫在宿主之间的传播具有预防作用。

(四)免疫功能抗菌肽除了对细菌、病毒、真菌、肿瘤细胞和寄生虫有抗性外,更重要的是作为免疫效应分子,产生了一系列生物学效应,如先天免疫、适应性免疫和炎症反应。研究发现,哺乳动物体内的抗菌肽,其生物作用虽然不能直接杀灭细菌,但是却可以作为免疫效应分子存在,具有促进、抑制或者补充某些细胞功能的作用。因此,可以证实,抗菌肽除了直接杀菌之外,还有其他重要的免疫功能,比如调节宿主免疫防御系统、参与机体代谢、维持稳态等。抗菌肽的免疫功能主要表现在促进伤口愈合、抑制过度炎症反应、激活特异性免疫反应、提高抗感染能力等,其作用虽不能直接杀灭病原体,但是在生物体中仍扮演着重要角色。四、抗菌肽在水产业中的应用与展望由于抗菌肽的多项功能及独特的作用机制和活性特征,目前抗菌肽在多项领域都是科研人员的研究热点,水产养殖业的学者们也不甘落后,研究发现抗菌肽除了有望成为抗生素替代药物外,还有许多益处:抗菌肽可以抑制水产养殖中的常见病菌,可以提高水产养殖动物的生产性能,更重要的是可以增强水产动物的免疫性能。因此,如何在水产养殖业中应用抗菌肽是目前重要的研究课题,诸多学者提出应当从饲料和药物两方面着手。首先,作为药物产品,抗菌肽是目前人们研究发现的现有抗生素的最佳替代品。与传统抗生素相比,由于抗菌肽特殊的结构和作用机制的优势,在药物中应用抗菌肽将有望解决当下由于抗生素滥用而产生的“抗药菌危机”。在水产养殖业中,抗菌肽不仅不会产生抗药性,而且不会污染水体,其分子量小,容易被降解,即使进入人体,也很容易被消化系统分解,不会对人体健康和养殖环境造成危害,符合水产养殖绿色可持续发展的宗旨。另外,抗菌肽还可以作为药物载体,将不易进入细胞内的药物进入细胞且到达其作用位点,对许多疾病有着良好的治疗功效。抗菌肽的应用无论是对提高产量,还是对保护环境,都有着重要的意义。其次,在饲料方面,抗菌肽在水产养殖业中的应用主要是作为添加剂添加在饲料中,从而提高水产动物的生产性能和抗病能力。抗菌肽添加到饲料中,其作用位点在肠道,可提高水产动物的肠道消化酶活性,从而提高其生长性能。诸多研究表明,在饲料中适当添加抗菌肽可以增强水产动物的免疫力,提高养殖的成活率,还能够提高饲料中各种矿物质元素的利用率,提高动物体内蛋白质的合成能力,促进其生长。因此,抗菌肽作为饲料添加剂,在水产养殖业具有广阔的前景。五、结语通过以上探究,我们可以了解到抗菌肽具有诸多优点,其独特的作用机制及生物学活性使得它可以成为优秀的抗生素替代物,并且结合当下水产业现状,抗菌肽的发展在水产养殖方面同样有着广阔的应用前景。但是目前抗菌肽在养殖产业想要做到工业化大规模应用还存在很多问题:第一,抗菌肽的来源问题,抗菌肽由生物体内产生,含量极低,且提取工艺复杂,化学提取活性较差,成本也十分昂贵;第二,抗菌肽的活性问题,抗菌肽作为蛋白质在使用过程中容易变形失活,与传统抗生素相比,抗菌肽的抗菌活性不够理想;第三,目前对于抗菌肽的研究还不够全面,无法预测作为药物或饲料是否有潜在的致畸性、致癌性等其他问题。因此,想要在水产养殖行业中推动抗菌肽的研究,应用抗菌肽以替代抗生素,就必须解决以上问题。

参考文献:

[2]胡翰.α螺旋抗菌肽与α防御素4抗病原微生物活性及作用机制研究[D].武汉:华中农业大学,2016.

[4]洪波,皮灿辉,彭永鹤,等.抗菌肽在调节动物免疫力方面的研究进展[J].中国畜牧兽医,2009,36(07).

[5]翟少伟,史庆超,陈学豪.饲料中添加抗菌肽Surfactin对吉富罗非鱼肠道健康的影响[J].水生生物学报,2016(04).

作者:王正楠 符颖 闫关正 林辰宇 方艺 单位:华南农业大学