抗菌肽在水產養(yǎng)殖中的應用

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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、作用機制獨特、熱穩(wěn)定性以及半衰期較短等諸多優(yōu)點而受到學者的廣泛關注?？咕牟灰滓鸩≡a生耐藥性的優(yōu)點，成為有望替代抗生素的產品之一，在替代抗生素有關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、作用機制，詳細說明了抗菌肽的生物學功能，并對其在水產養(yǎng)殖行業(yè)中的應用前景進行展望。

關鍵詞：抗菌肽；水產養(yǎng)殖；生物活性功能

1980年，世界上第一個抗菌肽是由瑞典科學家發(fā)現(xiàn)的，定名為Cecropins。抗菌肽是具有抗菌活性的一類多肽物。人們進一步研究發(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，在水產養(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、結構分別進行分類。抗菌肽在植物、哺乳動物、兩棲動物、海洋生物、昆蟲、細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)抗菌肽對細菌、寄生蟲、原蟲、病毒、真菌及腫瘤的廣泛生物學抗性功能的不同又可以分為五種；由于抗菌肽化學結構的不同，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?？咕木哂歇毺氐慕Y構，通過中和電荷與細菌細胞膜的相互作用，從而穿透并殺死細菌，這是一個非常復雜的過程，研究學者們將其主要分為兩部分，一是抗菌肽的膜透化作用，二是抗菌肽與細菌胞質內靶目標的作用。

（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)域可以與細菌細胞膜上的負電荷通過靜電引力相互作用，選擇性結合細菌外膜，抗菌肽的疏水端進入細胞膜的磷脂分子層中，從而改變脂質膜結構，使細胞形成空洞。抗菌肽兩端的疏水性氨基酸決定著多肽與細菌磷脂膜緊密結合，因此，可以使細胞膜上的蛋白質分子和磷脂分子結構紊亂，這是抗菌肽作用的關鍵。

（二）抗菌肽與細菌胞質內靶目標的作用抗菌肽通過作用改變了細胞膜的通透性后并沒有結束，這只是一個中間過程，隨后抗菌肽可以進入細胞內，與細胞內的其他物質結合，從而干擾代謝，完成殺菌作用。許多抗菌肽穿過細胞膜后通過在細胞內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、抗菌肽的生物學活性

抗菌肽對細菌、病毒、真菌、腫瘤細胞、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菌、病毒、寄生蟲和原蟲的生物學活性及抗菌肽的免疫功能。

（一）抗細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，可以達到對細菌的精準、強效、殺滅作用?？咕目梢詥为毎l(fā)揮其抗菌活性，也可以由多種不同種類抗菌肽結合加強抗菌作用。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)抗生素的作用機制是其具有特定的作用位點，或者通過改變細菌的生長繁殖條件，從而達到殺菌目的。此類作用機制的弊端是容易產生抗藥性，演變?yōu)槌壖毦?，細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內靶目標的作用殺滅細菌，因此，不會使細菌產生抗藥性。兩者結合使用，既可以增強抗菌肽和抗生素的藥物療效，又可以拓寬抗生素的抗菌譜，解決細菌產生抗藥性的難題，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）都會受到影響。由于細菌與病毒的生物結構不同，抗菌肽所展現(xiàn)的生物學活性也不相同。根據(jù)科學家的研究，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，這不僅與病毒種類有關，也與抗菌肽的結構有關，不同結構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是第一個被證明具有抗原蟲活性的抗菌肽，可以導致草履蟲腫脹和破裂死亡。這個發(fā)現(xiàn)對生物寄生蟲、原蟲的防控有著重要意義。通過進一步研究，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體內的寄生蟲，而且對寄生蟲在宿主之間的傳播具有預防作用。

（四）免疫功能抗菌肽除了對細菌、病毒、真菌、腫瘤細胞和寄生蟲有抗性外，更重要的是作為免疫效應分子，產生了一系列生物學效應，如先天免疫、適應性免疫和炎癥反應。研究發(fā)現(xiàn)，哺乳動物體內的抗菌肽，其生物作用雖然不能直接殺滅細菌，但是卻可以作為免疫效應分子存在，具有促進、抑制或者補充某些細胞功能的作用。因此，可以證實，抗菌肽除了直接殺菌之外，還有其他重要的免疫功能，比如調節(jié)宿主免疫防御系統(tǒng)、參與機體代謝、維持穩(wěn)態(tài)等?？咕牡拿庖吖δ苤饕憩F(xiàn)在促進傷口愈合、抑制過度炎癥反應、激活特異性免疫反應、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、抗菌肽在水產業(yè)中的應用與展望由于抗菌肽的多項功能及獨特的作用機制和活性特征，目前抗菌肽在多項領域都是科研人員的研究熱點，水產養(yǎng)殖業(yè)的學者們也不甘落后，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養(yǎng)殖中的常見病菌，可以提高水產養(yǎng)殖動物的生產性能，更重要的是可以增強水產動物的免疫性能。因此，如何在水產養(yǎng)殖業(yè)中應用抗菌肽是目前重要的研究課題，諸多學者提出應當從飼料和藥物兩方面著手。首先，作為藥物產品，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構和作用機制的優(yōu)勢，在藥物中應用抗菌肽將有望解決當下由于抗生素濫用而產生的“抗藥菌危機”。在水產養(yǎng)殖業(yè)中，抗菌肽不僅不會產生抗藥性，而且不會污染水體，其分子量小，容易被降解，即使進入人體，也很容易被消化系統(tǒng)分解，不會對人體健康和養(yǎng)殖環(huán)境造成危害，符合水產養(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，將不易進入細胞內的藥物進入細胞且到達其作用位點，對許多疾病有著良好的治療功效?？咕牡膽脽o論是對提高產量，還是對保護環(huán)境，都有著重要的意義。其次，在飼料方面，抗菌肽在水產養(yǎng)殖業(yè)中的應用主要是作為添加劑添加在飼料中，從而提高水產動物的生產性能和抗病能力?？咕奶砑拥斤暳现?，其作用位點在腸道，可提高水產動物的腸道消化酶活性，從而提高其生長性能。諸多研究表明，在飼料中適當添加抗菌肽可以增強水產動物的免疫力，提高養(yǎng)殖的成活率，還能夠提高飼料中各種礦物質元素的利用率，提高動物體內蛋白質的合成能力，促進其生長。因此，抗菌肽作為飼料添加劑，在水產養(yǎng)殖業(yè)具有廣闊的前景。五、結語通過以上探究，我們可以了解到抗菌肽具有諸多優(yōu)點，其獨特的作用機制及生物學活性使得它可以成為優(yōu)秀的抗生素替代物，并且結合當下水產業(yè)現(xiàn)狀，抗菌肽的發(fā)展在水產養(yǎng)殖方面同樣有著廣闊的應用前景。但是目前抗菌肽在養(yǎng)殖產業(yè)想要做到工業(yè)化大規(guī)模應用還存在很多問題：第一，抗菌肽的來源問題，抗菌肽由生物體內產生，含量極低，且提取工藝復雜，化學提取活性較差，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，想要在水產養(yǎng)殖行業(yè)中推動抗菌肽的研究，應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 閆關正 林辰宇 方藝 單位：華南農業(yè)大學