饲料用抗菌肽的抗病机理和产业化

　　一、抗菌肽/防御素的概念

　　抗菌肽(antibacterial peptides)是具有抗菌活性肽类的总称。抗菌肽最早是1975年由瑞典科学家G.Boman等人从惜古比天蚕(Hyatophoracecropia)蛹中诱导分离得到一种杀菌多肽类物质。经过多年的研究，特别是近年来随着分子生物学的深入发展，各国的科学家已经分离和鉴定了超过1300多种不同来源的抗菌肽。防御素是一类具有特殊稳定结构的抗菌肽。它是富含精氨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个半胱氨酸，形成4个稳定的二硫键；所有动物防御素则含有6个半胱氨酸，形成3个稳定的二硫键。体外抑菌试验表明，抗菌肽和防御素能对革兰氏阳性和阴性细菌、真菌、分枝杆菌、螺旋体、披膜病毒等病原微生物产生较强的杀伤作用，甚至对支原体、衣原体、螺旋体以及一些恶性细胞(如肿瘤细胞)和艾滋病病毒也具有杀伤作用。抗菌肽是动物先天性免疫的重要组成部分，是动植物防御微生物入侵的第一道屏障。深入的科学研究发现：抗菌肽和防御素具有分子量小、进化上高度保守、热稳定性好和广谱抗菌等特点.由于抗菌肽具有全新的抗菌机制,所以,它不仅能抗多种细菌和真菌、而且还抗原虫、病毒和肿瘤细胞. 抗菌肽的开发和应用已成为科学研究热点。研究的内容包括:抗菌肽的分离与纯化,氨基酸序列的分析,蛋白质构型与功能的关系,抗菌肽的作用机理,应用基因工程克隆与表达抗菌肽基因,改造合成抗菌肽基因以及动植物的转抗菌肽基因工程等。作者在此谨就抗菌肽和防御素的抗病机理、以及在饲料和饲料添加剂工业中的产业化进展作一简单介绍。

　　二、抗菌肽/防御素的抗病机理：

　　直接杀灭作用:

　　抗菌肽/防御素对病原微生物具很强的嗜膜性、与膜性结构吸附、融合、改变其通透性、导致其内容物外泄而致其死亡；具广谱抗菌、抗病毒活性，病原微生物不易对其产生耐药性；抗菌肽/防御素在工作浓度时对动植物的宿主细胞无毒性。

　　抗菌肽/防御素分子对于各种病原微生物的细胞或病毒的膜性结构具有高度的嗜膜性。但是在分别杀灭细菌、病毒、真菌等不同的病原微生物时它们的作用机理也是不同的。例如：

　　在杀灭细菌时一般认为抗菌肽/防御素是通过正、负电荷间的相互作用来发挥作用的。它们可以附着在细菌细胞质膜上穿孔而形成离子孔道,造成细菌细胞膜结构破坏,引起胞内水溶性物质大量渗出,而最终导致细菌死亡。

　　但是在杀灭各种病毒时，一般认为它们一方面可以作用于病毒的膜性结构，使其丧失对易感细胞的侵染或即使能够侵染进入易感细胞，病毒也不能有效地在细胞内复制病毒，另一方面他们也可以通过改变易感细胞膜表面的受体，来有效阻断病毒进入细胞的途径。

　　而在抗真菌时，有些抗菌肽/防御素是通过它们能与甲壳素紧密结合的特性，来破坏真菌细胞壁中的结构性物质-甲壳素而杀灭真菌的。由于抗菌肽/防御素独特地抗菌、抗病毒的作用机理，使得病原微生物很难对其产生耐药性。

　　免疫调节作用:

　　动物的免疫器官是由细胞免疫和体液免疫两个系统所组成。在细胞免疫方面，抗菌肽/防御素具有亲和素、凝集素和调理素的生物学活性；而在体液免疫方面，抗菌肽/防御素可以提高体液免疫系统的敏感性、激活系统的免疫记忆；提高机体的免疫力和抵抗力。

　　抗菌肽/防御素在动植物免疫系统中发挥着非常重要的免疫调节作用。它们本身就是机体细胞免疫因子。同时具有亲和素、凝集素和调理素的生物学活性。通过在体内对各种外源性病原微生物的快速反应，抗菌肽/防御素将病原微生物凝集在侵染的局部，再通过亲和素和调理素的联络和调动，使得整个机体的免疫系统都充分地调动起来，与外源性的病原微生物进行斗争。各种巨噬细胞、细胞免疫因子，包括由侵染机体的各种病原微生物诱导产生的干扰素、白介素和自然杀伤因子等全都积极地行动起来。同时也调动了机体的体液免疫系统，提高体液免疫系统的敏感性、激活以前机体受侵染时产生的免疫记忆，产生针对各种病原微生物的特异性抗体，杀灭侵入的病原微生物，从而提高机体的免疫力和抵抗力，从整体上消灭侵染机体的病原微生物。

　　长期以来由于抗生素在饲料添加剂和食品保鲜剂中的过量使用，以及抗菌素在医疗实践中的大量不当的使用，例如长期的非处方抗菌素可以自由购买等状况，引发了严重的人类和动植物健康问题以及大量对各种抗菌素的耐药菌株的出现。所以，对抗菌肽/防御素的研究开发已成为世界上研究抗生素新产品的前沿性课题，被认为是新型抗生素研究的新资源和重要途径。鉴于抗菌肽/防御素纯天然广谱抗菌、耐热、无毒无药残、不易产生耐药菌株等众多的优点，营养学家和疫病防治专家已经开始尝试将这一研究领域的最新科技成果运用在动物的保健促长、防病治病的实践之中。因此，抗菌肽/防御素作为新兴饲料和饲料添加剂具有广阔的应用前景，将是饲料和饲料添加剂领域的一次革命。而目前关于这方面研究成果的产业化在国内外还不多见。

　　三、 饲料用抗菌肽/防御素的产业化

　　在饲料用抗菌肽/防御素的产业化方面，瑞鑫百奥生物科技（深圳）有限公司在公司总经理，澳籍华人生物学家曲新勇博士的带领下所取得的科研成果和产业化进程在国内外保持领先地位。例如：在2007年6月中国科技部发布的有关饲料用抗菌肽产业化的招标指南中曾提到“针对饲料用抗菌肽国内外尚未有规模化生产的现状,建立饲料用抗菌肽分子改良、高效表达及发酵生产技术, 开发出饲料专用抗菌肽新产品。”而瑞鑫百奥生物科技（深圳）有限公司在申请这一项目之前，早已成功开发出了一系列来源于植物、动物、两栖类、昆虫和人类的广谱抗菌肽和防御素，并且已经形成了每天吨级水平的抗菌肽/防御素的工业化生产能力。在获得了充分的抗菌肽/防御素产品后，公司开展了大量的抗病毒、抗细菌、抗真菌病的研究。公司前瞻性地选择面包酵母作为载体、利用现代发酵工程的工艺和技术大量地生产抗菌肽/防御素，并且在国内外率先将上述产品大面积推广应用于各种养殖业的生产中。公司与国内外多所著名科研院所和高校进行了卓有成效的合作，对防御素和抗菌肽产品进行了细致的生物学活性的测定，获得了防御素和抗菌肽产品能够杀灭狂犬、流感等多种病毒的可靠数据，并利用防御素和抗菌肽有效杀灭了包括高致病性大肠杆菌E.coli O157 H7、羊布氏杆菌、金黄色葡萄球菌、鸡沙门氏菌、猪链球菌和多种抗氨苄青霉素的耐药菌株。公司已经形成系列的防御素/抗菌肽产品。包括：