抗菌肽在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的應(yīng)用

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摘要：抗菌肽是一類廣泛分布于多種生物中且具有廣譜抗菌活性的小分子短肽，由于其具有廣譜抗菌、作用機(jī)制獨(dú)特、熱穩(wěn)定性以及半衰期較短等諸多優(yōu)點(diǎn)而受到學(xué)者的廣泛關(guān)注?？咕牟灰滓鸩≡a(chǎn)生耐藥性的優(yōu)點(diǎn)，成為有望替代抗生素的產(chǎn)品之一，在替代抗生素有關(guān)方面的研究中具有重要意義。本文簡單敘述了抗菌肽的分類、生物活性、作用機(jī)制，詳細(xì)說明了抗菌肽的生物學(xué)功能，并對其在水產(chǎn)養(yǎng)殖行業(yè)中的應(yīng)用前景進(jìn)行展望。

關(guān)鍵詞：抗菌肽；水產(chǎn)養(yǎng)殖；生物活性功能

1980年，世界上第一個(gè)抗菌肽是由瑞典科學(xué)家發(fā)現(xiàn)的，定名為Cecropins?？咕氖蔷哂锌咕钚缘囊活惗嚯奈?。人們進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)抗微生物肽是最適合的抗生素替代品，其具有廣譜抗菌活性，并能迅速殺滅病原體，包括革蘭氏陰性菌、革蘭氏陽性菌、病毒等，而且副作用小、穩(wěn)定性和溶解性強(qiáng)，在水產(chǎn)養(yǎng)殖方面具有良好的發(fā)展前景。

一、抗菌肽的分類

抗菌肽廣泛分布于自然界中，種類豐富多樣，為了方便區(qū)分，我們可以根據(jù)抗菌肽的來源、功能、結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行分類?？咕脑谥参?、哺乳動(dòng)物、兩棲動(dòng)物、海洋生物、昆蟲、細(xì)菌和真菌等各種生物中均有分布，因此，可以根據(jù)其來源將其分為五種；而根據(jù)抗菌肽對細(xì)菌、寄生蟲、原蟲、病毒、真菌及腫瘤的廣泛生物學(xué)抗性功能的不同又可以分為五種；由于抗菌肽化學(xué)結(jié)構(gòu)的不同，有的富含某種氨基酸，有的含等量半胱氨酸，有的不含半胱氨酸的線性抗菌肽，又可以分為三種。

二、抗菌肽的作用機(jī)制

抗菌肽對革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌都具有殺菌作用，其獨(dú)特的廣譜抗菌特性是傳統(tǒng)抗生素不能與之比較的，這也是抗菌肽的優(yōu)勢所在。抗菌肽具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，通過中和電荷與細(xì)菌細(xì)胞膜的相互作用，從而穿透并殺死細(xì)菌，這是一個(gè)非常復(fù)雜的過程，研究學(xué)者們將其主要分為兩部分，一是抗菌肽的膜透化作用，二是抗菌肽與細(xì)菌胞質(zhì)內(nèi)靶目標(biāo)的作用。

（一）抗菌肽的膜透化作用首先，抗菌肽是一種含有較多正電荷氨基酸的兩性分子，其正電荷區(qū)域可以與細(xì)菌細(xì)胞膜上的負(fù)電荷通過靜電引力相互作用，選擇性結(jié)合細(xì)菌外膜，抗菌肽的疏水端進(jìn)入細(xì)胞膜的磷脂分子層中，從而改變脂質(zhì)膜結(jié)構(gòu)，使細(xì)胞形成空洞。抗菌肽兩端的疏水性氨基酸決定著多肽與細(xì)菌磷脂膜緊密結(jié)合，因此，可以使細(xì)胞膜上的蛋白質(zhì)分子和磷脂分子結(jié)構(gòu)紊亂，這是抗菌肽作用的關(guān)鍵。

（二）抗菌肽與細(xì)菌胞質(zhì)內(nèi)靶目標(biāo)的作用抗菌肽通過作用改變了細(xì)胞膜的通透性后并沒有結(jié)束，這只是一個(gè)中間過程，隨后抗菌肽可以進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，與細(xì)胞內(nèi)的其他物質(zhì)結(jié)合，從而干擾代謝，完成殺菌作用。許多抗菌肽穿過細(xì)胞膜后通過在細(xì)胞內(nèi)不斷積累而干擾其正常功能，引起病原體死亡，從而完成完整的殺菌作用。

三、抗菌肽的生物學(xué)活性

抗菌肽對細(xì)菌、病毒、真菌、腫瘤細(xì)胞、寄生蟲與原蟲都有著不同的作用效果。目前，研究人員已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了抗菌肽對多種病原體的抑制功能，這里主要講一下抗細(xì)菌、病毒、寄生蟲和原蟲的生物學(xué)活性及抗菌肽的免疫功能。

（一）抗細(xì)菌活性抗菌肽具有廣譜的抗菌活性，大量研究證明，抗菌肽對多種革蘭氏陰性菌和革蘭氏陽性菌均有明顯的抗菌效果?？咕牡姆N類繁多，不同的抗菌肽也表現(xiàn)出不同的抗菌活性，通過多種抗菌肽的配合，可以達(dá)到對細(xì)菌的精準(zhǔn)、強(qiáng)效、殺滅作用?？咕目梢詥为?dú)發(fā)揮其抗菌活性，也可以由多種不同種類抗菌肽結(jié)合加強(qiáng)抗菌作用。除此之外，還可以與傳統(tǒng)抗生素共同使用，發(fā)揮協(xié)同作用。傳統(tǒng)抗生素的作用機(jī)制是其具有特定的作用位點(diǎn)，或者通過改變細(xì)菌的生長繁殖條件，從而達(dá)到殺菌目的。此類作用機(jī)制的弊端是容易產(chǎn)生抗藥性，演變?yōu)槌壖?xì)菌，細(xì)菌的基因只要稍作改變就可以抵御此類抗生素的作用，而抗菌肽是通過膜透化作用及胞質(zhì)內(nèi)靶目標(biāo)的作用殺滅細(xì)菌，因此，不會(huì)使細(xì)菌產(chǎn)生抗藥性。兩者結(jié)合使用，既可以增強(qiáng)抗菌肽和抗生素的藥物療效，又可以拓寬抗生素的抗菌譜，解決細(xì)菌產(chǎn)生抗藥性的難題，一舉多得。

（二）抗病毒活性抗菌肽除了具有抗細(xì)菌活性外，還對病毒感染有抑制功能。研究發(fā)現(xiàn)，RNA病毒和DNA病毒（無包膜病毒、貓杯狀病毒、艾柯病毒例外）都會(huì)受到影響。由于細(xì)菌與病毒的生物結(jié)構(gòu)不同，抗菌肽所展現(xiàn)的生物學(xué)活性也不相同。根據(jù)科學(xué)家的研究，抗菌肽的抗病毒活性主要與病毒的吸附過程以及抗菌肽和病毒外殼蛋白在病毒包膜上的直接相互作用有關(guān)，這不僅與病毒種類有關(guān)，也與抗菌肽的結(jié)構(gòu)有關(guān)，不同結(jié)構(gòu)的抗菌肽可以顯示出不同的抗病毒能力。

（三）抗寄生蟲和原蟲活性蛙皮素2是第一個(gè)被證明具有抗原蟲活性的抗菌肽，可以導(dǎo)致草履蟲腫脹和破裂死亡。這個(gè)發(fā)現(xiàn)對生物寄生蟲、原蟲的防控有著重要意義。通過進(jìn)一步研究，發(fā)現(xiàn)了多種有著抗寄生蟲、原蟲活性的抗菌肽，抗菌肽不僅可以殺滅寄生在生物機(jī)體內(nèi)的寄生蟲，而且對寄生蟲在宿主之間的傳播具有預(yù)防作用。

（四）免疫功能抗菌肽除了對細(xì)菌、病毒、真菌、腫瘤細(xì)胞和寄生蟲有抗性外，更重要的是作為免疫效應(yīng)分子，產(chǎn)生了一系列生物學(xué)效應(yīng)，如先天免疫、適應(yīng)性免疫和炎癥反應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)，哺乳動(dòng)物體內(nèi)的抗菌肽，其生物作用雖然不能直接殺滅細(xì)菌，但是卻可以作為免疫效應(yīng)分子存在，具有促進(jìn)、抑制或者補(bǔ)充某些細(xì)胞功能的作用。因此，可以證實(shí)，抗菌肽除了直接殺菌之外，還有其他重要的免疫功能，比如調(diào)節(jié)宿主免疫防御系統(tǒng)、參與機(jī)體代謝、維持穩(wěn)態(tài)等?？咕牡拿庖吖δ苤饕憩F(xiàn)在促進(jìn)傷口愈合、抑制過度炎癥反應(yīng)、激活特異性免疫反應(yīng)、提高抗感染能力等，其作用雖不能直接殺滅病原體，但是在生物體中仍扮演著重要角色。四、抗菌肽在水產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用與展望由于抗菌肽的多項(xiàng)功能及獨(dú)特的作用機(jī)制和活性特征，目前抗菌肽在多項(xiàng)領(lǐng)域都是科研人員的研究熱點(diǎn)，水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的學(xué)者們也不甘落后，研究發(fā)現(xiàn)抗菌肽除了有望成為抗生素替代藥物外，還有許多益處：抗菌肽可以抑制水產(chǎn)養(yǎng)殖中的常見病菌，可以提高水產(chǎn)養(yǎng)殖動(dòng)物的生產(chǎn)性能，更重要的是可以增強(qiáng)水產(chǎn)動(dòng)物的免疫性能。因此，如何在水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)中應(yīng)用抗菌肽是目前重要的研究課題，諸多學(xué)者提出應(yīng)當(dāng)從飼料和藥物兩方面著手。首先，作為藥物產(chǎn)品，抗菌肽是目前人們研究發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)有抗生素的最佳替代品。與傳統(tǒng)抗生素相比，由于抗菌肽特殊的結(jié)構(gòu)和作用機(jī)制的優(yōu)勢，在藥物中應(yīng)用抗菌肽將有望解決當(dāng)下由于抗生素濫用而產(chǎn)生的“抗藥菌危機(jī)”。在水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)中，抗菌肽不僅不會(huì)產(chǎn)生抗藥性，而且不會(huì)污染水體，其分子量小，容易被降解，即使進(jìn)入人體，也很容易被消化系統(tǒng)分解，不會(huì)對人體健康和養(yǎng)殖環(huán)境造成危害，符合水產(chǎn)養(yǎng)殖綠色可持續(xù)發(fā)展的宗旨。另外，抗菌肽還可以作為藥物載體，將不易進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)的藥物進(jìn)入細(xì)胞且到達(dá)其作用位點(diǎn)，對許多疾病有著良好的治療功效。抗菌肽的應(yīng)用無論是對提高產(chǎn)量，還是對保護(hù)環(huán)境，都有著重要的意義。其次，在飼料方面，抗菌肽在水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)中的應(yīng)用主要是作為添加劑添加在飼料中，從而提高水產(chǎn)動(dòng)物的生產(chǎn)性能和抗病能力。抗菌肽添加到飼料中，其作用位點(diǎn)在腸道，可提高水產(chǎn)動(dòng)物的腸道消化酶活性，從而提高其生長性能。諸多研究表明，在飼料中適當(dāng)添加抗菌肽可以增強(qiáng)水產(chǎn)動(dòng)物的免疫力，提高養(yǎng)殖的成活率，還能夠提高飼料中各種礦物質(zhì)元素的利用率，提高動(dòng)物體內(nèi)蛋白質(zhì)的合成能力，促進(jìn)其生長。因此，抗菌肽作為飼料添加劑，在水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)具有廣闊的前景。五、結(jié)語通過以上探究，我們可以了解到抗菌肽具有諸多優(yōu)點(diǎn)，其獨(dú)特的作用機(jī)制及生物學(xué)活性使得它可以成為優(yōu)秀的抗生素替代物，并且結(jié)合當(dāng)下水產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀，抗菌肽的發(fā)展在水產(chǎn)養(yǎng)殖方面同樣有著廣闊的應(yīng)用前景。但是目前抗菌肽在養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)想要做到工業(yè)化大規(guī)模應(yīng)用還存在很多問題：第一，抗菌肽的來源問題，抗菌肽由生物體內(nèi)產(chǎn)生，含量極低，且提取工藝復(fù)雜，化學(xué)提取活性較差，成本也十分昂貴；第二，抗菌肽的活性問題，抗菌肽作為蛋白質(zhì)在使用過程中容易變形失活，與傳統(tǒng)抗生素相比，抗菌肽的抗菌活性不夠理想；第三，目前對于抗菌肽的研究還不夠全面，無法預(yù)測作為藥物或飼料是否有潛在的致畸性、致癌性等其他問題。因此，想要在水產(chǎn)養(yǎng)殖行業(yè)中推動(dòng)抗菌肽的研究，應(yīng)用抗菌肽以替代抗生素，就必須解決以上問題。

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作者：王正楠 符穎 閆關(guān)正 林辰宇 方藝 單位：華南農(nóng)業(yè)大學(xué)