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水产养殖动物抗菌肽研究

[摘要]抗菌肽是一种由少量氨基酸残基组成且具有抗菌活性的碱性生物短肽。在水产养殖中,抗菌肽是水产动物非特异性免疫系统的重要组成部分,对水产养殖有着极为重要的作用。基于此,本文概述抗菌肽的分类、作用机理、抗菌肽在水产养殖中的作用,并对抗菌肽的应用前景进行展望。

[关键词]抗菌肽;水产养殖;作用机理

抗菌肽是具有抗菌活性的一类多肽,瑞典科学家G.Boman等在1980年发现世界上第一例抗菌肽,并定名为Cecropinss。如今在水产养殖中,工厂化养殖越来越普遍,但随着养殖密度的增大,水产动物的患病率随之上升。传统情况下,养殖者会使用渔药或其他抗生素缓解问题,但随着抗生素的大量使用,各种弊端逐渐显露出来,如病菌抗药性增强、对环境的污染严重、对人体健康有害等。抗菌肽的应用可以避免出现这些问题,并且相比于抗生素,抗菌肽具有广谱抗菌活性,可以快速杀死病原体,包括革兰氏阴性菌、革兰氏阳性菌、细菌、寄生虫等,而且其副作用小,有不错的稳定性和溶解性,可以说是抗生素的最合适的替代物,在水产养殖中有不错的应用前景。

1抗菌肽的分类

按照来源,抗菌肽可分为六大类,即昆虫抗菌肽,哺乳动物抗菌肽,两栖动物抗菌肽,鱼类、软体动物、甲壳动物抗菌肽,植物抗菌肽,细菌抗菌肽。昆虫抗菌肽是在昆虫血淋巴中产生的短肽,如果昆虫受到病原体的刺激,就会产生大量的抗菌肽[1],而且大多数都带正电。两栖动物抗菌肽主要是从其皮肤腺体中分泌而来[2]。就贝类抗菌肽而言,目前研究较为透彻的是鲍和贻贝抗菌肽。鲍抗菌肽的活性随着病原体诱导时间的增长而加强;于贻贝抗菌肽最为主要的特点是Cys残基含量高,可以形成的二硫键个数较多[3]。鱼类抗菌肽是比较庞大的一部分,虽然对鱼类抗菌肽的研究有些晚,但其重要性还是不可小觑的。鱼类抗菌肽的种类是很多的,不同鱼类含有的抗菌肽也不尽相同。鱼类抗菌肽不仅种类多,其含量也比较大,从鱼类的器官、黏液、血液或组织中都可以提取抗菌肽。Conlon等[4]提取的富含精氨酸和半胱氨酸的抗菌肽来源于海七鳃鳗的皮肤,并发现其氨基酸排列序列与兔分泌的抗菌肽氨基酸排列顺序相近。Huang等[5]研究表明炎症和右旋糖酐铁能够影响某些鱼抗菌肽的分泌。除了根据来源分类之外,还可以根据其一级结构和二级结构来进行分类,可分为富含脯氨酸的抗菌肽、有分子内二硫键的抗菌肽、富含甘氨酸的抗菌肽及含两性分子α-螺旋的抗菌肽[6]。

2抗菌肽的作用机制

截至目前,关于抗菌肽的作用机理还是一个比较有争议的话题。大致分为2种观点,分别是抗菌肽对细胞膜的作用机理与抗菌肽对细胞内部的直接伤害,即抗菌肽的胞膜渗透作用和作用于细胞内靶点[7]。2.1膜渗透作用关于其膜渗透作用主要是静电力影响,革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌细胞表面带负电荷,抗菌肽表面带正电,两者相互靠近时,两者相互吸引抗菌肽会替换细菌表面的Mg2+或Ca2+,之后相互结合改变细胞膜的通透性,导致细菌细胞膜不完整进而死亡。但是,有时单单改变细胞膜的通透性不能杀死细菌,抗菌素还会通过其他方式来杀死病菌。比如,通过影响细菌的呼吸作用杀死细菌,通过抑制细菌细胞内大分子化合物的形成(几丁质等)来抑制细菌生长,再者就是诱导细菌细胞发生凋亡作用杀死细胞[8]。总的来说,抗菌肽的膜作用机制可以概括为3种模式:桶板模式[9]、地毯模式[10]、环孔模式[11]。2.2作用于内靶点作用于细胞内靶点,可以保证细菌细胞膜完整的情况下杀死细菌[12]。但抗菌肽作用于细胞内的前提同样是需要先和细菌细胞膜进行结合,形成能使抗菌肽进入细胞的路径之后,抗菌肽才能发挥其相关作用。并且一般通过这种机制发挥作用的抗菌肽通常含有脯氨酸或精氨酸[13]。研究表明,抗菌肽除了作用于细胞之外,对病毒也有很好的抑制作用。抗菌肽通过影响病菌对细胞的吸附入侵来抑制其传播,或者作用于病毒包膜对病毒造成直接影响[14]。

3抗菌肽在水产养殖中的应用

第一,作为饲料添加剂添加到饲料中,以此来提高水产动物的抗病能力。为保证水产动物的正常生长,抗菌肽的添加量应控制在10~8000mg/kg。当然不同抗菌肽的理化性质不同,其添加量也不同;不同水产动物的生理状态不同,抗菌肽的添加量也不同[15]。凡纳滨对虾饲料中加入适当的家蝇抗菌肽,不仅可以增强对虾的免疫活性,并且有利于对虾的生长[16]。对虾白斑病一直是一个严重的问题,厚壳贻贝抗菌肽(mytilin)是由人工合成的,对对虾白斑病的控制有不错的效果[17]。宋理平等[18]在对虾的饲料中加入微量的抗菌肽,对虾的相对生长率有较大的提高。第二,制备能够预防水产病害的抗菌肽生物制剂,但关于这方面的研究进展比较缓慢,相关技术还不够成熟。但是,毕竟关于抗菌肽的药用价值有很好的理论基础,其相对于普通抗生素具有广谱性、不会产生抗药性等特点,因而抗菌肽在此方面会得到广泛的研究。第三,利用基因工程技术获得转抗菌肽基因的新品种来提高水产动物的质量。关于利用抗菌肽基因培育新品种方面,在植物领域的研究要深于在动物领域的研究。RexAD等[19]通过将昆虫抗菌肽的相关基因导入到斑点叉尾鮰,得到免疫活性较高的后代子鱼。

4抗菌肽在水产方面的应用前景

随着水产养殖业的快速发展,其相关技术也会有得到相应的发展。在当今可持续发展的大环境影响下,健康、环保、高效的发展方式越来越得到重视。传统抗生素的使用不仅会导致病原体产生抗药性,而且过量使用抗生素对水体也是一种伤害。因抗菌肽相对于传统抗生素有稳定、广谱抗菌作用、低污染、不会产生抗药性等特点,注定将来会替代传统的抗生素。并且在基因工程方面培养转抗生素基因动物或利用微生物通过基因重组技术大量生产抗菌肽等会有很大的发展,因此,对抗菌肽的研究注定会是一个比较重要的方向,对水产养殖业的发展必定会带来积极作用。但是,需要解决的最大问题就是抗菌肽的生产成本过高。另外,抗菌肽从动物体中提取的数量有限,主要靠基因工程大量获取抗菌肽,提高其纯度。因此,需要对抗菌肽的性质进行深入的了解,才能使其在今后的水产养殖业中发挥重要作用。

作者:徐睿航 张敬燕 张国庚 单位:河北农业大学

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