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腸桿菌肽的研究現(xiàn)狀及應(yīng)用前景分析

時(shí)間:2021-10-25 瀏覽:3746次
詳細(xì)說明

摘要:

抗生素帶來(lái)的細(xì)菌耐藥性及藥物殘留問題越來(lái)越引起人們的重視。腸桿菌作為一種天然的替抗產(chǎn)品,來(lái)源廣泛,抑菌譜廣,安全高效,且不易誘發(fā)細(xì)菌耐藥性,在生物醫(yī)藥及畜牧食品等行業(yè)具有廣闊的應(yīng)用前景。本文從腸桿菌肽的理化性質(zhì)、抗菌活性、減少炎癥、增強(qiáng)腸道屏障、提高畜禽生產(chǎn)性能、以及安全性和穩(wěn)定性等方面做了綜述,并對(duì)腸桿菌肽的研發(fā)應(yīng)用前景做了進(jìn)一步的分析。


關(guān)鍵詞:腸桿菌肽;抗菌;抗炎;腸道健康






抗生素在養(yǎng)殖業(yè)中的使用非常普遍,但濫用抗生素造成的藥物殘留和細(xì)菌耐藥性問題已經(jīng)嚴(yán)重威脅到人體健康和環(huán)境的發(fā)展,美國(guó)每年有200萬(wàn)人遭受抗生素耐藥性感染,且其中有2.3萬(wàn)人由于抗生素耐藥性感染而死亡[1]。目前很多國(guó)家都出臺(tái)了禁用抗生素的政策,抗生素替代問題也引起了人們的重視。自1981年,瑞典科學(xué)家Boman 等從惜古比天蠶蛹中首次分離出天蠶素以來(lái),人們?cè)趧?dòng)植物及細(xì)菌、真菌體內(nèi)發(fā)現(xiàn)了超過3400種抗菌肽??咕牟粌H來(lái)源廣泛,而且熱穩(wěn)定性高、抑菌譜廣、耐酸堿和蛋白酶,能夠有選擇性地殺滅細(xì)菌或真菌。此外,還具有抗病毒、抗氧化、促生長(zhǎng)、調(diào)節(jié)免疫等多種生物學(xué)功能。


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腸桿菌肽(Lasso Peptides)由美國(guó)普林斯頓大學(xué)于1993年從腸道細(xì)菌中分離得到的一種新型抗菌肽,由21個(gè)氨基酸組成,具有套索狀結(jié)構(gòu),無(wú)溶血性,結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,對(duì)胃蛋白酶、胰蛋白酶以及高溫環(huán)境有著良好耐受性,能夠有效的殺滅大腸桿菌、沙門氏菌、志賀氏菌等革蘭氏陰性菌,且不易產(chǎn)生耐藥性[2,3]。目前,已經(jīng)有大量動(dòng)物臨床試驗(yàn)證明,腸桿菌肽在替代抗生素添加到畜禽飼料中具有較好的抗菌消炎、增強(qiáng)腸道屏障、改善腸道菌群的效果。相信腸桿菌肽未來(lái)在畜牧養(yǎng)殖領(lǐng)域會(huì)發(fā)揮越來(lái)越重要的作用,減少動(dòng)物性食品的藥物殘留,為人類健康保駕護(hù)航。







腸桿菌肽國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展




腸桿菌肽的理化性質(zhì)

腸桿菌肽由21個(gè)氨基酸構(gòu)成,分子量為2.1千道爾頓,套索狀結(jié)構(gòu),其中N端的1-8個(gè)氨基酸形成一個(gè)圓形的環(huán)狀結(jié)構(gòu),9-21個(gè)氨基酸形成尾巴,貫穿圓環(huán),故其性質(zhì)超級(jí)穩(wěn)定,對(duì)高溫、酸、堿、胃蛋白酶、胰蛋白酶有良好的抵抗力如圖1所示。

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1 腸桿菌肽三維立體結(jié)構(gòu)









抗菌肽的抑菌機(jī)制

腸桿菌肽的攝取機(jī)制外膜蛋白FhuA的表達(dá)是成熟腸桿菌肽進(jìn)入細(xì)胞的前提和所必需的蛋白。腸桿菌肽首先與FhuA受體的外環(huán)結(jié)合,然后內(nèi)膜TonB-ExbB-ExbD復(fù)合物和SbmA將其轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)菌細(xì)胞質(zhì)中[4-6]進(jìn)而發(fā)揮細(xì)胞內(nèi)抗菌機(jī)制。腸桿菌肽主要以SalmnellaE coli 為靶點(diǎn),作用機(jī)制一,通過抑制RNA聚合酶活性來(lái)干擾細(xì)菌mRNA以及蛋白質(zhì)的合成。RNA 聚合酶的β亞基發(fā)生突變后,其對(duì)腸桿菌肽產(chǎn)生耐受性,從而確定其靶位點(diǎn)為RNA 聚合酶[7];腸桿菌肽與RNA聚合酶次級(jí)通道的結(jié)合會(huì)阻礙核苷酸進(jìn)入酶的活性位點(diǎn),從而抑制 mRNA的形成和進(jìn)一步蛋白質(zhì)的合成[8]。二,腸桿菌肽通過改變細(xì)胞膜的通透性,使細(xì)菌細(xì)胞膜破碎,內(nèi)容物外滲,導(dǎo)致病原菌死亡。如圖2所示。


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圖2 腸桿菌肽的攝取及抑菌機(jī)制









腸桿菌肽的抑菌譜研究進(jìn)展

腸桿菌肽具有廣譜的抗革蘭氏陰性菌活性,包括致病性大腸桿菌、沙門氏菌和志賀氏菌。據(jù)報(bào)道,腸桿菌肽對(duì)沙門氏菌的MIC3.12 μg/mL,對(duì)大腸桿菌O157:H7MIC1 μg/mL0.3%的腸桿菌肽對(duì)大腸桿菌 ATCC25922MIC300μg/mL,對(duì)大腸桿菌AZ1、大腸桿菌W1W2MIC均為200μg/mL,對(duì)沙門氏菌SK226和沙門氏菌1791MIC均為100μg /mL[9-11]。而且腸桿菌肽對(duì)大腸桿菌和沙門氏菌野毒株也具有明顯的殺滅作用,隨著腸桿菌肽濃度的變大,其抑菌圈直徑不斷變大。Yu[12-13]研究發(fā)現(xiàn)腸桿菌肽不僅對(duì)大腸桿菌和沙門氏菌具有顯著的抑殺效果,而且適量的腸桿菌肽還可以增加乳酸桿菌和雙歧桿菌等有益數(shù)量,并且還對(duì)腸桿菌肽對(duì)大腸桿菌和沙門氏菌的最小抑菌濃度做了詳細(xì)的比較,如表1、表2。







表1 腸桿菌肽對(duì)標(biāo)準(zhǔn)致病菌的最小抑菌濃度

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注:a,b所有MIC和 MBC值代表3個(gè)獨(dú)立試驗(yàn)數(shù)據(jù)。NT:無(wú)抗菌活性。-:沒有值。






表2 腸桿菌肽對(duì)臨床分離菌株的最小抑菌濃度

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注:aLKFZ菌株由北京生物飼料添加劑重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室提供。臨床來(lái)源菌株SWIBROCATT由中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)獸醫(yī)學(xué)院獸藥檢測(cè)中心提供。SWI、BROCATT臨床來(lái)源的菌株是耐抗生素(林可霉素和替米考星)的沙門氏菌和大腸桿菌。b所有MIC和MBC值代表3個(gè)獨(dú)立的試驗(yàn)均值。






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腸桿菌肽抗炎及增強(qiáng)道屏障作用
腸桿菌肽具有減輕腹瀉和炎癥,增強(qiáng)腸道屏障和改善糞便微生物群組成及代謝能力的作用Wang[14]研究發(fā)現(xiàn)腸桿菌肽可以使肉雞的十二指腸和空腸的絨毛隱窩深度增加,絨毛變長(zhǎng),這與上皮細(xì)胞的更替和細(xì)胞有絲分裂的激活有關(guān);腸桿菌肽可以緩解大腸桿菌和沙門氏菌感染造成的腸道黏膜損傷,降低血清中促炎因子IL-1βIL-6TNF-a的分泌,抑制炎癥的發(fā)展。在無(wú)抗日糧中添加腸桿菌肽對(duì)抑制哺乳仔豬和保育仔豬糞便的大腸桿菌和沙門氏菌數(shù)量具有顯著效果,同時(shí)可以降低腹瀉率,提高豬的生長(zhǎng)性[15]。V Portrait[16]研究報(bào)道了腸桿菌肽可以改善沙門氏菌引起的家禽腸道炎癥。腸桿菌肽不僅可以抑制腸道中的大腸桿菌,還可以維持微生物群落的穩(wěn),降低腸道黏膜的通透性。Yu[12]通過給小鼠灌服不同劑量的腸桿菌肽發(fā)現(xiàn),9.1 mg/kg 腸桿菌肽可以增強(qiáng)小鼠腸道的屏障功能。








腸桿菌肽對(duì)動(dòng)物生產(chǎn)性能的影響

腸桿菌肽除了抗菌消炎的作用,還具有提高采食量、降低料肉比、提高生產(chǎn)性能和調(diào)節(jié)免疫功能。研究發(fā)現(xiàn),在飼料中添500g/t 腸桿菌肽可以提高斷奶仔豬的日采食、日增重、降低料肉比、降低腹瀉率、使仔豬毛色變優(yōu)[17-19]。孫何軍等[20]研究報(bào)道,在基礎(chǔ)飼糧中添加100 g/t的腸桿菌肽可以使蛋雞產(chǎn)蛋率提高3.88%、臟蛋率降低12.68%、料蛋比下降0.07、死淘率降低40%、破蛋率降低14.63%,添加腸桿菌肽顯著提高蛋雞的產(chǎn)蛋性能。關(guān)靜姝等[21]研究發(fā)現(xiàn),在肉雞基礎(chǔ)日糧中添加300g/t 腸桿菌肽增加了肉雞的出欄體重和平均日增重,降低了料重比,提高了飼料的轉(zhuǎn)化率。卜艷玲等[22]通過在仔豬飼喂的基礎(chǔ)飼糧分別添加30 g/t硫酸黏菌素、300 g/t天蠶素抗菌肽以及300400500 g/t腸桿菌肽對(duì)比發(fā)現(xiàn),添加500 g/t 腸桿菌肽對(duì)提高斷奶仔豬生產(chǎn)性能、免疫性能和抗氧化能力均有顯著效果,且優(yōu)于硫酸黏菌素。程振峰[23]研究發(fā)現(xiàn)腸桿菌肽(500g/t)、微生態(tài)制劑(500g/t+腸桿菌肽(500g/t)組合對(duì)提高生長(zhǎng)育肥豬平均日增重、降低料重比、提高仔豬血液中白細(xì)胞總數(shù)和淋巴細(xì)胞比率方面也具有顯著效果。






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腸桿菌肽的穩(wěn)定性與安全性



腸桿菌肽是利用蛋白工程技術(shù)在植物乳桿菌中高效生產(chǎn)的一種抗菌肽,腸桿菌肽的結(jié)構(gòu)包含一個(gè)由Gly1ɑ氨基和Glu8γ羧基之間形成的內(nèi)酰胺鍵連接的8個(gè)氨基酸殘基組成的(Gly1-Glu8)套索結(jié)構(gòu)環(huán),該多肽的尾部(Tyr9-Gly21)從這個(gè)套索環(huán)中穿過,且Ple19Tyr20分別卡于環(huán)的兩側(cè),在空間上通過非共價(jià)作用將這個(gè)尾部固定在環(huán)內(nèi),這種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)使其性質(zhì)非常穩(wěn)定。劉揚(yáng)科等[24]通過體外進(jìn)行的腸桿菌肽對(duì)大腸桿菌和沙門氏菌的抑菌效果研究發(fā)現(xiàn),在人工胃液、腸液和熱處理的環(huán)境下,0.3%腸桿菌肽對(duì)腸桿菌和沙門氏菌的MIC128 μg/mL表明腸桿菌肽具有很強(qiáng)的穩(wěn)定性。卜艷玲[22]發(fā)現(xiàn)了類似的結(jié)果。表明腸桿菌肽對(duì)高溫、酸堿、蛋白酶等好的耐受性。

目前,還未見有使用腸桿菌肽后出現(xiàn)不良反應(yīng)的報(bào)道。Lopez[9]研究報(bào),腸桿菌肽體外經(jīng)過24 h在全血、血漿以及血清中仍保持完全活性,且不會(huì)出現(xiàn)溶血現(xiàn)象,能顯著抑制全血、同源的血漿和血清中沙門氏菌的數(shù)量。腸桿菌肽與傳統(tǒng)的抗生素抗菌作用機(jī)理具有很大的不同點(diǎn),不易產(chǎn)生耐藥性,作為新藥開發(fā)來(lái)對(duì)抗細(xì)菌感染的潛力巨大[25,26]






腸桿菌肽應(yīng)用研究前景分析



目前,腸桿菌肽的研發(fā)和應(yīng)用已經(jīng)日趨成熟,一些抗菌肽產(chǎn)品已經(jīng)規(guī)?;a(chǎn)并投入到了生產(chǎn)一線,且得到了較好的反饋效果。除了腸桿菌肽原有的一些生物功能以外,通過生物工程等先進(jìn)技術(shù),對(duì)腸桿菌肽進(jìn)行改造,發(fā)揮腸桿菌肽更優(yōu)質(zhì)的療效和特異性功能以后可能會(huì)成為一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)提高腸桿菌肽的特異性可以通過減少或改變胃腸道細(xì)菌群落中的微生物群的組成,有效的預(yù)防原發(fā)性和機(jī)會(huì)性感染[27]。腸桿菌肽未來(lái)在畜牧業(yè)、化妝品和食品防腐等領(lǐng)域的應(yīng)用前景將會(huì)更加的廣泛。





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 撰稿人:宋志恒

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