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肠杆菌肽的研究现状及应用前景分析

时间:2021-10-25 浏览:172次
详细说明

摘要(yao):

抗生素带来的(de)细(xi)菌耐药(yao)性及药(yao)物残留问题越(yue)来越(yue)引起人们的(de)重(zhong)视。肠(chang)杆菌作为一种(zhong)天然的替抗(kang)产品,来源广(guang)(guang)泛,抑菌谱广(guang)(guang),安全高效(xiao),且不易(yi)诱发(fa)细菌耐药性,在(zai)生物医药及畜牧食品等行业具(ju)有广(guang)(guang)阔的应(ying)用前景。本文从肠杆菌肽(tai)的理(li)化性质、抗(kang)菌活性、减少炎(yan)症、增强(qiang)肠道(dao)屏障、提高畜禽生产性(xing)能、以(yi)及安(an)全性(xing)和稳定性(xing)等方面做(zuo)了(le)综述(shu),并对肠杆菌肽(tai)的(de)研(yan)发(fa)应用前景做(zuo)了(le)进一(yi)步的(de)分析。


关键词:肠杆菌(jun)肽;抗菌;抗炎(yan);肠道(dao)健康(kang)






抗生(sheng)素(su)在养殖业中(zhong)的使(shi)用非(fei)常普遍,但滥用抗生(sheng)素(su)造成的药物(wu)残(can)留和细菌耐药性问题已经严重威胁到人体(ti)健康和环境的发展,美国每(mei)年有200万人遭受抗生素耐药(yao)性感染(ran),且其中有2.3万(wan)人由于抗生素耐药性感染而死(si)亡[1]。目前很多国家(jia)都出台了禁用抗生素(su)的政策,抗生素(su)替代问题也引起了人们的重视。自1981年,瑞典科学(xue)家Boman 等从惜古比天(tian)蚕(can)蛹中首次(ci)分离出天(tian)蚕(can)素以(yi)来,人们在动植(zhi)物及细(xi)菌、真菌体内发现了超过3400种抗(kang)(kang)菌肽。抗(kang)(kang)菌肽不仅来源广泛,而且热稳定性高、抑菌谱广、耐酸碱和蛋白酶,能(neng)够(gou)有(you)选择性地杀(sha)灭细菌或真菌。此(ci)外,还(hai)具有(you)抗(kang)(kang)病毒、抗(kang)(kang)氧化、促(cu)生长、调节免疫等多种生物学功能(neng)。


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肠杆菌肽(tai)(Lasso Peptides)由美国普林斯顿大学于1993年从肠道细菌中分离得到(dao)的一种新型抗菌肽,由21个氨(an)基(ji)酸组(zu)成,具(ju)有套索(suo)状结(jie)构,无(wu)溶(rong)血性(xing),结(jie)构稳定,对胃蛋(dan)白酶(mei)、胰(yi)蛋(dan)白酶(mei)以及高温环境(jing)有着良好耐受(shou)性(xing),能够有效的杀灭大肠杆菌(jun)(jun)、沙门氏菌(jun)(jun)、志贺氏菌(jun)(jun)等革兰氏阴性(xing)菌(jun)(jun),且(qie)不(bu)易产生(sheng)耐药性(xing)[2,3]。目(mu)前,已经有大量动物(wu)临床试验证明,肠杆菌肽在替代(dai)抗(kang)生素添加到(dao)畜(chu)禽饲料中具有(you)较好的(de)抗(kang)菌消炎(yan)、增强肠(chang)(chang)道(dao)屏障(zhang)、改善肠(chang)(chang)道(dao)菌群的(de)效果。相(xiang)信肠(chang)(chang)杆(gan)菌肽未(wei)来在畜(chu)牧养殖领域会发挥越来越重要的(de)作(zuo)用,减(jian)少动物性食品的(de)药物残(can)留,为人类(lei)健康保驾护航。







肠杆菌肽国内外研究进展




肠杆菌肽的理化性质

肠杆菌(jun)肽由21个(ge)氨基酸构成,分(fen)子量为2.1千(qian)道尔顿,套索状(zhuang)结构,其(qi)中N端的1-8个氨基酸形(xing)成一个圆(yuan)形(xing)的环(huan)状(zhuang)结构,9-21个氨基酸(suan)形成尾巴(ba),贯(guan)穿圆环,故其性质超级稳定,对高(gao)温、酸(suan)、碱、胃蛋白酶、胰蛋白酶有良好的抵抗力如图1所示。

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1 肠杆菌肽三维立体结构









抗菌肽的(de)抑(yi)菌机制

肠杆(gan)菌(jun)肽的摄取(qu)机(ji)制外膜蛋白FhuA的(de)表达是(shi)成熟肠杆菌肽进入细胞的前(qian)提和所必需的蛋(dan)白。肠(chang)杆(gan)菌肽首(shou)先与FhuA受体的外环结合,然后内膜TonB-ExbB-ExbD复(fu)合物和SbmA将其转运到细菌细胞(bao)质(zhi)中[4-6]进而发(fa)挥(hui)细胞内抗菌机制(zhi)肠杆菌(jun)肽主要以SalmnellaE coli 为靶点,作用机制是(shi)一,通过抑制RNA聚合酶活(huo)性来干扰细菌mRNA以及(ji)蛋白质的(de)合成。RNA 聚(ju)合酶的β亚(ya)基发生突变后,其对(dui)肠杆(gan)菌肽产(chan)生耐受性(xing),从而确定其靶(ba)位(wei)点为RNA 聚(ju)合酶(mei)[7];肠杆菌(jun)肽与RNA聚合酶次级通道的结合会阻碍核苷酸进入酶的活(huo)性(xing)位(wei)点,从(cong)而抑(yi)制 mRNA的形成和进一(yi)步(bu)蛋白质的合成[8]。二,肠杆菌肽通过改变(bian)细(xi)胞膜的(de)通透性,使细(xi)菌细(xi)胞膜破碎,内容物外渗,导致(zhi)病(bing)原菌死亡(wang)。如图2所示。


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图2 肠杆(gan)菌(jun)(jun)肽的摄取及抑菌(jun)(jun)机(ji)制









肠杆菌肽的(de)抑菌谱研究(jiu)进展

肠杆(gan)菌肽具有广谱的抗革(ge)兰氏阴(yin)性菌活(huo)性,包括致病(bing)性大肠杆(gan)菌、沙门氏菌和志(zhi)贺氏菌。报(bao)道,肠杆菌肽对沙门氏(shi)菌的MIC为(wei)3.12 μg/mL对(dui)大肠杆菌O157:H7MIC1 μg/mL0.3%的肠(chang)(chang)杆菌(jun)肽对大肠(chang)(chang)杆菌(jun) ATCC25922的(de)MIC300μg/mL,对大肠杆菌AZ1、大(da)肠杆菌(jun)W1W2MIC均为200μg/mL,对沙门氏菌(jun)SK226和沙门氏菌(jun)1791MIC均(jun)为100μg /mL[9-11]。而且肠杆(gan)菌肽对(dui)大(da)(da)肠杆(gan)菌和沙门(men)氏菌野毒(du)株也(ye)具(ju)有(you)明显的(de)杀灭作用,随(sui)着肠杆(gan)菌肽浓度的(de)变(bian)大(da)(da),其抑菌圈(quan)直径不断变(bian)大(da)(da)Yu等(deng)[12-13]研(yan)究发现肠杆(gan)菌肽不(bu)仅对大肠杆(gan)菌和沙门氏菌具有显著的抑杀效果,而且适量的肠杆(gan)菌肽还(hai)可(ke)以增加(jia)乳酸杆菌和双歧杆菌等有益(yi)数量,并且还对肠(chang)杆菌(jun)肽对大(da)肠(chang)杆菌(jun)和沙门氏菌(jun)的(de)(de)最小抑菌(jun)浓度做了详(xiang)细的(de)(de)比(bi)较,如(ru)表1、表2







表1 肠杆菌肽对标准致病菌的最小抑菌浓度

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注:a,b所有MIC和 MBC值代(dai)表(biao)3个独立试验数(shu)据。NT:无抗菌活性(xing)。-:没有值。






表2 肠(chang)杆菌(jun)(jun)肽对临床分离菌(jun)(jun)株的最小抑菌(jun)(jun)浓度

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注:aLKFZ菌(jun)株由北京生(sheng)物饲料添加剂重点实验室(shi)提供。临床(chuang)来(lai)源菌(jun)株SWIBROCATT由中国农业大学(xue)兽(shou)医学(xue)院兽(shou)药检测中心(xin)提供。SWIBROCATT临床(chuang)来(lai)源(yuan)的(de)菌株是耐抗(kang)生素(林可霉(mei)素和替(ti)米考星)的(de)沙门(men)氏菌和大肠杆菌。b所有MIC和MBC值代表3个独立的(de)试验(yan)均(jun)值。






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肠杆(gan)菌肽抗炎(yan)及增强道屏(ping)障作用
肠(chang)杆菌肽具有减(jian)轻腹泻和(he)炎症,增(zeng)强(qiang)肠(chang)道屏障和(he)改善粪便微生物群组成(cheng)及代谢能力的作(zuo)用Wang[14]研究(jiu)发现肠杆菌肽可以(yi)使(shi)肉鸡的十二指肠和空肠的绒(rong)毛(mao)隐窝深度增(zeng)加(jia),绒(rong)毛(mao)变(bian)长,这与上皮(pi)细胞的(de)(de)更替(ti)和(he)(he)细胞有丝(si)分裂的(de)(de)激活有关;肠(chang)杆菌肽(tai)可以缓解大肠(chang)杆菌和(he)(he)沙门(men)氏(shi)菌感染造(zao)成的(de)(de)肠(chang)道黏膜损伤,降低血清中促炎(yan)因子IL-1βIL-6和(he)TNF-a的分泌,抑制(zhi)炎症的发展。在无(wu)抗日(ri)粮中添(tian)加肠杆菌肽对抑制哺乳仔猪和(he)保育(yu)仔猪粪便的大(da)肠杆菌和(he)沙门氏(shi)菌数量(liang)具(ju)有显(xian)著效果(guo),同(tong)时可以降(jiang)低腹(fu)泻率(lv),提(ti)高猪的生长性能(neng)[15]V Portrait[16]研究报(bao)道(dao)了(le)肠杆菌肽可以(yi)改善沙门氏(shi)菌引起的家禽肠道炎症。肠杆菌肽不仅可(ke)以(yi)抑制肠道(dao)中的大肠杆菌,还(hai)可(ke)以(yi)维持(chi)微生物群落的稳,降低(di)肠道黏膜的通透性。Yu[12]通过(guo)给小鼠灌服不同剂量(liang)的肠杆(gan)菌肽发现(xian),9.1 mg/kg 肠杆菌肽可以增强小鼠肠(chang)道(dao)的屏障功能。








肠杆(gan)菌肽对动物生(sheng)产性能的影响

肠杆(gan)菌肽除了抗(kang)菌消炎(yan)的(de)作用,还具有(you)提高(gao)采食(shi)量、降低料肉(rou)比、提高(gao)生产性能和调节免疫功能。研究(jiu)发现,在饲料中添(tian)500g/t 肠(chang)杆菌肽可以提(ti)高断奶(nai)仔猪的(de)日采(cai)食(shi)、日增重(zhong)降低(di)料肉比、降低(di)腹泻(xie)率、使(shi)仔猪毛(mao)色变优[17-19]。孙(sun)何军等[20]研究报道,在基础(chu)饲(si)粮中(zhong)添加(jia)100 g/t的肠杆(gan)菌肽可以(yi)使蛋鸡(ji)产蛋率提高3.88%、脏蛋率(lv)降低(di)12.68%、料蛋比下降0.07、死(si)淘率(lv)降低40%、破蛋率(lv)降低(di)14.63%,添(tian)加肠杆菌肽(tai)显著提高蛋(dan)鸡的产蛋性能。关(guan)静姝等[21]研究发现,在肉(rou)鸡(ji)基础日粮中(zhong)添加(jia)300g/t 肠杆菌肽(tai)增(zeng)(zeng)加(jia)了(le)(le)肉(rou)鸡(ji)的出(chu)栏体(ti)重和平均日增(zeng)(zeng)重,降低了(le)(le)料重比,提高了(le)(le)饲料的转化率。卜(bu)艳玲等[22]通过在仔(zi)猪饲喂(wei)的(de)基础饲粮分别添(tian)加30 g/t硫(liu)酸黏菌(jun)素、300 g/t天(tian)蚕(can)素抗菌肽以及300400500 g/t肠杆菌肽对比发现(xian),添加500 g/t 肠杆菌肽对(dui)提高(gao)断奶仔猪生产性能、免(mian)疫性能和抗(kang)氧化能力(li)均有显(xian)著效果,且优于硫酸黏菌素。程振峰(feng)[23]研究发现(xian)肠(chang)杆菌肽(500g/t)、微生态制剂(500g/t+肠杆菌肽(500g/t)组(zu)合对(dui)提(ti)高生长育肥猪平均(jun)日增重、降(jiang)低(di)料(liao)重比(bi)、提(ti)高仔猪血(xue)液中白细胞总(zong)数和淋巴细胞比(bi)率方面也具(ju)有显著效(xiao)果(guo)






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肠杆菌肽的稳定性与安全性



肠(chang)杆菌肽(tai)是利用蛋白工(gong)程技(ji)术在植物乳杆菌中高效生产的一种抗菌肽(tai),肠(chang)杆菌肽(tai)的结(jie)构包含一个(ge)由Gly1ɑ氨基和Glu8γ羧(suo)基之间形成的内酰胺(an)键连接的8个(ge)氨基酸(suan)残基组成的(de)(Gly1-Glu8)套索结构环,该多肽的尾(wei)部(Tyr9-Gly21)从这(zhei)个套索环中穿过,且Ple19Tyr20分别(bie)卡于环的(de)两(liang)侧,在(zai)空间上(shang)通过(guo)非共价作用将这个尾部固定(ding)(ding)在(zai)环内(nei),这种独(du)特的(de)结构使其性质(zhi)非常稳定(ding)(ding)。刘扬科等[24]通过体外进行的(de)肠杆菌肽对大(da)肠杆菌和沙(sha)门氏菌的(de)抑菌效(xiao)果研究发(fa)现,在人工胃液(ye)、肠液(ye)和热处理的(de)环境下,0.3%肠(chang)杆(gan)(gan)菌肽对(dui)肠(chang)杆(gan)(gan)菌和沙门氏菌的MIC为(wei)128 μg/mL表明肠杆(gan)菌(jun)肽具有很强的稳(wen)定(ding)性。卜艳玲[22]发现了类似的结果。表明肠杆菌(jun)肽对高(gao)温(wen)、酸碱、蛋(dan)白酶等具(ju)好的耐受性。

目前(qian),还未见有使用肠杆菌肽后出现不良(liang)反应的报道。Lopez[9]研究报(bao),肠(chang)杆菌肽体(ti)外经过24 h在全(quan)血(xue)、血(xue)浆(jiang)以及血(xue)清中(zhong)仍(reng)保持完全(quan)活(huo)性,且不会出(chu)现(xian)溶血(xue)现(xian)象,能显著抑制(zhi)全(quan)血(xue)、同(tong)源的血(xue)浆(jiang)和血(xue)清中(zhong)沙门氏(shi)菌的数量。肠杆(gan)菌肽与传统(tong)的抗(kang)生素抗(kang)菌作用机(ji)理(li)具(ju)有很(hen)大的不同(tong)点,不易产生耐(nai)药性,作为新药开发来对抗(kang)细菌感染的潜(qian)力巨(ju)大[25,26]






肠杆菌肽应用研究前景分析



目前,肠杆菌(jun)(jun)肽(tai)的研发(fa)和应用已经日趋(qu)成熟,一(yi)些抗菌(jun)(jun)肽(tai)产(chan)品已经规(gui)模(mo)化(hua)生(sheng)产(chan)并投入(ru)到了生(sheng)产(chan)一(yi)线(xian),且(qie)得(de)到了较好的反馈(kui)效(xiao)(xiao)果。除(chu)了肠杆菌(jun)(jun)肽(tai)原有(you)的一(yi)些生(sheng)物功能(neng)(neng)以(yi)外,通过(guo)生(sheng)物工程等先进技术,对肠杆菌(jun)(jun)肽(tai)进行(xing)改造(zao),发(fa)挥(hui)肠杆菌(jun)(jun)肽(tai)更优质的疗(liao)效(xiao)(xiao)和特(te)异性(xing)功能(neng)(neng)以(yi)后可(ke)能(neng)(neng)会成为一(yi)个发(fa)展趋(qu)势提高肠杆(gan)菌肽的特异性可以通过减少或改变胃(wei)肠道细菌群落中的微(wei)生物群的组成,有效的预防原发性(xing)和机会性(xing)感染[27]。肠杆(gan)菌肽未来在(zai)畜牧业、化妆品(pin)和(he)食(shi)品(pin)防(fang)腐等领域的(de)应用前(qian)景将会(hui)更加的(de)广泛。





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 撰(zhuan)稿人:宋志恒

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