高效抗菌肽在畜牧业的应用研究及产业化.doc

高效抗菌肽在畜牧业的应用研究及产业化抗菌肽有着独特的不同于抗生素的抗菌机理,它广泛存在于多种生物体内, 具有较强的广谱抗菌能力。继续探索各种动物内源性抗菌物质，以现代生物技术方法工业化生产这些在抗病原菌上具有动物“种”专一性或特异性的系列产品，必将成为替代抗生素的新型药物在人类与疾病的斗争中,抗生素曾是一种攻无不克、所向披靡的药品。但随着时间的推移,人们逐渐发现,抗生素的效果越来越不那么显著了。1994年,世界卫生组织就细菌耐药性的监测结果给全世界提出了警告:细菌对抗生素产生的耐药性正在以惊人的速度增加,现有的抗生素药物正在失去原来的疗效。长期使用抗生素或通过食物链将耐药性转移给人类导致致病菌的耐药性增强，动物免疫力降低，引起动物内源性感染和二重感染。通过食物链将耐药性转移给人类的起因是由养殖业业主普遍使用抗生素， 达到有效地提高动物生产性能、改善饲料转化率。饲料中使用抗生素有效地控制了动物疾病的爆发，对规模化、集约化畜牧业的发展具有重大作用。但是，动物源性产品的抗生素残留引起的人类疾病菌株的耐药性问题越来越引起人们的关注。特别是在1997年4月欧盟仍禁止使用阿伏霉素。 当年，在柏林召开的世界卫生组织会议倡导在动物饲料中谨慎使用抗生素，以降低人类病原菌的耐药性。同年三月，国际粮农组织在巴黎召开会议，倡导控制饲料中抗生素的使用量以降低对公众健康的威胁，会议提议成立欧洲细菌耐药性检测体系，以发现对抗生素具有耐药性的病原菌。2002年欧盟通过了一项在2006年全面禁止抗生素作为饲料添加剂的提案。同年由于抗生素的残留问题曾经导致欧盟禁止进口中国所有的动物源性产品，欧盟解除从我国进口畜禽产品禁令的先决条件是我国养殖业要符合欧盟畜禽产品的生产程序和规定。除了产品的卫生检疫(包括沙门氏菌、大肠杆菌等微生物指标)、药物残留等一般指标合格外，还要执行欧盟关于抗生素在饲料中使用的规定。，在消费者方面，全球多家最大的肉禽采购公司对供货商要求很严格，禁止在医学上重要的抗生素作为生长促进剂出现在肉禽中1。目前，所有的常规抗生素都出现了相应的抗药性致病株系，致病菌的抗药性问题已经日益严重地威胁着人们的健康。寻找全新类型的抗生素是解决抗药性问题的一条有效途径。世界上第一个发现的抗菌肽是1980年由瑞典科学家G.Boman等人经注射阴沟通杆菌及大肠杆菌诱导惜古比天蚕蛹产生的具有抗菌活性的多肽，定名为Cecropins。此后数年间，各国科学家相继从细菌、真菌、两栖类、昆虫、高等植物、哺乳动物乃至人类中发现并分离获得具有抗菌活性的多肽。防御素是一类具有特殊稳定结构的抗菌肽，它含有精氮酸的阳离子低分子短肽，广泛分布于植物，动物和昆虫体内。 所有的植物防御素都含有8个半胱氮酸，形成4个稳定的二硫键; 所有动物防御素都含有6个半胱氮酸，形成3个稳定的二硫键。 体外抗菌试验表明，抗菌肽能对革兰氏阳性和阴性细菌，真菌，分枝杆菌，螺旋菌等病毒原微生物产生较强的杀伤作用。甚至对支原体，以原体，螺旋体以及一些恶性肿瘤和艾滋病病毒也具有很好的杀伤作用。深入的科学研究发现，抗菌肽和防御素居有分子量小，进化上高度保守，热稳定性好光谱抗菌抗病毒等特点。抗菌肽代替抗生素作为饲料添加剂的研究已经取得阶段性成果，大量的科研论据显示，由于分子较小，在机体受到侵犯时，几分钟内就能产生，且扩展扩散速度比体内免疫细胞更快更灵活。抗菌肽独特的抗菌机理更形成了不耐药的特性，这就超越了抗生素的局限，是新一代的高效抗菌剂。动物食品安全有赖于生产过程的各个环节，使用无污染、在动物体内无残留、无毒副作用的添加剂是解决问题的一个关键。抗菌肽是动物体成分之一，参与生命过程，是小分子短肽，具有安全无毒副作用的生物学特性。抗菌肽众多的优点为其在兽医学和饲料科学中的应用指明了方向，尤其是抗菌肽分子量小、热稳定性强，因此可以耐受饲料制粒时的高温，规模化发酵生产时，经高温浓缩工序，可充分杀灭酵母菌体而不导致抗菌肽失活，产品在推广应用后不会出现工程菌的扩散而导致环境生态问题。但由于抗菌肽成本太高，不能够在饲料添加中大规模应用，深圳生新生物科技有限公司通过全新技术工艺路线，大大降低抗菌肽的生产成本，使其能够作为饲料添加剂替代抗生素进行大面积推广应用。二.抗菌肽的理化性质、作用机理和作用范围2.1抗菌肽对细菌的杀伤作用：抗菌肽破坏细菌细胞质膜的原理是:抗菌肽分子均带有正电荷,而细菌的细胞质膜表面却总是带有负电荷。抗菌肽通过静电作用被吸引到细菌细胞质膜表面,随着抗菌肽分子在细菌细胞质膜上的集聚,使得细菌细胞质膜外的正电荷增多,两侧膜电位升高,结果在细菌细胞质膜上形成离子通道,细菌细胞膜的结构遭到破坏,细胞内外渗透压失衡,细菌细胞内水溶性物质大量渗出,最终导致细菌死亡;也有报道认为抗菌肽可以抑制细菌的呼吸作用，而导致其死亡22。 国内外已报道至少有113种以上的不同细菌均能被抗菌肽所杀灭。抗菌肽对革兰氏阴性及阳性细菌均有高效广谱的杀伤作用。2.2 抗菌肽对病毒的杀伤作用抗菌肽的抗包膜病毒机制是其与病毒包膜相互作用而破坏病毒完整性。此外,在亚毒性浓度下通过阻遏基因表达来抑制多种DNA、RNA病毒，,使病毒感染力迅速降低。抗菌肽亦可能参与机体免疫途径而抑制病毒.其可能途径是通过阻断病毒粒子释放达到抑制病毒传播的作用，而且这种抗病毒活性具有广谱性。2.3 抗菌肽对真菌的杀伤作用抗菌肽是一种动物细胞内源性杀菌多肽，是从吞噬细胞中分离出来的，具有很宽的抗菌谱，对G+的杀伤作用大于对G-的杀伤作用，它也作用于真菌和部分真核细胞。对感染昆虫的真菌具有一定的杀伤作用。2.4 刺激免疫反应抗菌肽可参与宿主天然免疫的其它反应，比如刺激单核细胞和嗜中性白细胞的趋化作用、促进肥大细胞组织胺的释放、抑制组织蛋白酶以及促进创伤愈合。运用基因工程技术，发酵工程技术，分子生物学技术相结合建立的酿酒酵母表达平台，研制由植物基因合成的高效抗菌肽，以期提高畜禽及水产养殖动物的抗病能力，减少甚至替代抗生素。2.5抗菌肽对肿瘤细胞的杀伤作用国内外已对抗菌肽杀伤肿瘤细胞的作用进行了广泛研究,发现抗菌肽对体外培养的癌细胞的作用主要是使癌细胞膜上形成孔洞,内容物外泄,线粒体出现空泡化,嵴脱落。核膜界限模糊不清,有的核膜破损,核染色体DNA断裂,并抑制染色体DNA的合成,细胞骨架也受到一定程度的损伤18,19。通过对荷瘤小鼠的研究证明,抗菌肽能显著抑制ECA腹水瘤荷瘤小鼠腹水的积累;对S180肉瘤和U14宫颈癌的抑瘤率亦达30% - 50%20。抗菌肽还可以调动机体的免疫机能,从体液免疫方面来抵抗癌瘤的入侵。已有有关抗菌肽对宫颈癌细胞、直肠癌细胞及肝癌细胞的杀伤作用与剂量相关的效应的报道。三.在畜牧业的 应用前景3.1 抗生素的理想替代品目前，所有的常规抗生素都出现了相应的抗药性致病株系，致病菌的抗药性问题已经日益严重地威胁着人们的健康。寻找全新类型的抗生素是解决抗药性问题的一条有效途径。抗菌肽因为抗菌活性高，抗菌谱广，种类多，可供选择的范围广，靶菌株不易产生抗性突变等原因，而被认为将会有广阔的应用前景。更为重要的是，肽在序列和结构上具有多样性，为新药设计提供了很大的想象和发挥空间，能生产出性能稳定的产品。3.2 开发和应用潜力巨大目前动植物抗菌肽基因工程，在国内外已有不少成功的报道，适用于畜禽抗菌肽基因工程尚未见报道。因此，运用基因工程技术，通过对畜禽及水产动物抗菌肽的研究，寻找各种饲养动物内源性抗菌物质，来提高畜禽及水产养殖动物的抗病能力，将对减少甚至替代抗生素的使用起到积极的促进作用。四. 抗菌肽在畜牧业的应用研究4.1 抗菌肽的生产现在研究得最多的是昆虫类抗菌肽。虽然可从机体内提取，但含量极微，给其应用带来了极大的困难。至今研究应用的抗菌肽，均是从免疫蚕蛹中提取的，而柞蚕蛹免疫血清中抗菌肽的含量很低，提取价格昂贵。为了能降低抗菌肽的生产成本，进行大规模工业化生产，现已人工设计合成了抗菌肽，并且成功地将其导入酿酒酵母及毕赤酵母中进行表达。深圳生新生物科技有限公司自2005年成立至今，由美国和澳大利亚科学家组成的科研团队，先后联合中山大学公共卫生系，华南农业大学，浙江长三角清华研究院, 香港中文大学微生物系，泰国mahido 大学疫苗中心，加拿大多伦多大学和加州大学洛杉矶分校微生物系, 用了大量的人力和物力，成功建立了酵母表达系统。先后研制出登革热病毒样颗粒，禽流感病毒样颗粒(动物)疫苗， 并与泰国农业部签订了1500万美元的合作协议。在科研成果转换方面，深圳生新生物科技有限公司联合河北康力动物药业有限公司，成功研制出多种适用于畜牧业的抗菌肽。4.2 在畜牧业上的应用深圳生新生物科技有限公司在畜牧业的应用研究方面，先后研制出多种抗菌肽，针对养殖业生产中所面临的难题，例如, 猪病(其中包括 初生仔猪中的弱仔和僵猪、仔猪腹泻、猪败血型链球菌病以及猪瘟、猪高热病(蓝耳病) 等)、禽类病(鸡新城疫，鸭肝炎等)疾病 和感染疾病 (奶牛乳房炎，猪乳房炎，猪子宫炎等)都有明显的效果。借鉴已成功的抗菌肽转基因工程,把特异的抗菌肽基因转入畜禽特定细胞上让其表达,从而产生抗病新品种。4.3 刺激免疫反应抗菌肽可参与宿主天然免疫的其它反应，比如刺激单核细胞和嗜中性白细胞的趋化作用、促进肥大细胞组织胺的释放、抑制组织蛋白酶以及促进创伤愈合。 科学家在应用抗菌肽添加于断奶仔猪料中，饲喂试验结果表明，抗菌肽可减轻断奶仔猪的腹泻和在饲粮中添加抗菌肽对肉鸭有促生长作用。另有报道，用抗菌肽酵母制剂与常用抗生素及中草药进行肉猪，肉鸡和肉鸭饲喂效果比较试验，结果表明，饲料转化率、平均体重、料肉比、成活率均无差异，可见抗菌肽对于改善畜产品品质、保障畜禽产品生产效率。4.4 预防细菌和病毒感染：科研人员以工程酵母发酵液和固体发酵粉在国内不同区域的试验表明，通过饮水和喂食摄入一定剂量的抗菌肽的鸡和鸭饲养试验结果表明，抗菌肽可促进猪，鸡和鸭生长和减少排泄物氮含量,对鸡鸭具有促生长、保健和治疗疾病的功能。抗菌肽在预防的应用效果显著。五.绿色环保和经济特点5.1绿色养殖：为了推动我国绿色养殖事业的发展，通过抗菌肽替代抗生素的研究，饲料生产企业有80%认识到绿色饲料的重要性和其前景，认为开发绿色饲料是其今后发展的方向之一;在绿色养殖业领域已经认识到无公害畜产品的广阔市场前景。5.2抗菌肽作饲料添加剂应用的优势抗菌肽能耐受饲料制粒时的高温。规模化发酵生产抗菌肽时经高温浓缩工序，可充分杀灭酵母菌体而不导致抗菌肽失活。抗菌肽杀菌机理独特，病原菌不易对抗菌肽产生