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发表于 2011-4-6 09:39:03
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近年来,随着科学水平的提高,人们对抗生素的副作用有了深刻认识,如耐药菌的产生,抗生素在畜产品的残留以及抗生素的长期使用而导致畜禽免疫功能下降等。溶菌酶是1922年英国细菌学家弗莱明(Fleming)发现的一种能选择性地溶解微生物细胞壁的酶类,在实际应用中溶菌酶具有抗菌、抗病毒、止血、消肿、镇痛及加快组织修复等功能。没有任何副作用与耐药性,是抗生素的较好替代药品。
1. 溶菌酶种类及作用机制溶菌酶按其所作用的微生物不同分两大类,即细菌细胞壁溶菌酶和真菌细胞壁溶菌酶。细菌细胞壁溶菌酶有两种,一种是作用于β-1,4糖苷键的细胞壁溶解酶,另一种是作用于肽“尾”和酰胺部分的细胞壁溶解酶。真菌细胞壁溶菌酶包括酵母菌细胞壁溶解酶和霉菌细胞壁溶解酶。溶菌酶广泛地分布于自然界中,在人的组织及分泌物中均可以找到,动物组织中也有,以鸡蛋清中含量最多。其它植物组织及微生物细胞中也存在。根据来源不同,其性质及作用机制略有差异。
1.1 鸡蛋清溶菌酶:鸡蛋清溶菌酶占蛋清总蛋白的 3.4%~3.5%,作为溶菌酶类的典型代表,是目前重点研究的对象,也是了解最清楚的溶菌酶之一。它由18种129个氨基酸残基组成, 具有4个S-S键,其分子量为14 000,最适pH为6~7。在pH4~7、100℃处理1分钟不失活,是一种稳定的碱性蛋白质。鸡蛋清溶菌酶能有效地水解细菌细胞壁的肽聚糖,其水解位点是N-乙酰胞壁酸(NAM)的1位碳原子和N-乙酰葡萄糖胺(NAG)的4位碳原子间的β-1,4糖苷键。肽聚糖是细菌细胞壁的主要成份,它是由NAM、NAG和肽“尾”(一般是4个氨基酸)组成,NAM与NAG通过β-1.4糖苷键相连,肽“尾”则是通过D-乳酰羧基连在NAM的第3位碳原子上,肽尾之间通过肽“桥”(肽键或少数几个氨基酸)连接,NAM、NAG、肽“尾”与肽“桥”共同组成了肽聚糖的多层网状结构,作为细胞壁的骨架,上述结构中的任何化学键断裂,皆能导致细菌细胞壁的损伤。对于G+细菌与G-细菌,其细胞壁中肽聚糖含量不同,G+细菌细胞壁几乎全部由肽聚糖组成,而G-细菌只有内壁层为肽聚糖,因此,溶菌酶对G+细菌的作用优于对G-细菌的作用。
1.2 人及哺乳动物溶 菌酶:人溶菌酶存在于眼泪、唾液、鼻粘液、乳汁等分泌液以及淋巴腺和白血球中, 1ml眼泪中含7mg溶菌酶,1ml乳汁中含0.1~0.5mg。人溶菌酶由130个氨基酸残基组成,有4个S-S键,分子量为14600,其溶菌活性比鸡蛋清溶菌酶高3倍。对于哺乳动物溶菌酶,目前仅从牛、马、羊等动物的乳汁中分离出溶菌酶,其化学性质与人溶菌酶相似,但结构尚不清楚,其溶菌活性也远低于人溶菌酶约3000倍。人及哺乳动物溶菌酶的作用机制与鸡蛋清溶菌酶相同。
1.3 植物溶菌酶:目前已从木瓜、无花果、芜菁、大麦等植物中分离出溶菌酶,其分子量较大,约为24000~29100。植物溶菌酶对溶壁小球菌的溶菌活性不超过鸡蛋清溶菌酶的1/3,但对胶体状甲壳质的分解活性则是鸡蛋清溶菌酶的10倍。 1.4 微生物产生的溶菌酶:人们从60年代开始,发现微生物也能产生溶菌酶,并且进展很快。目前微生物产生的溶菌酶大体上分以下5种:(1)内N-乙酰已糖胺酶,此酶同于鸡蛋清溶菌酶,破坏细菌细胞壁肽聚糖中的β-1,4糖苷键。(2)酰胺酶,切断细菌细胞壁肽聚糖中NAM与肽“尾”之间的N-乙酰胞壁酸-L-丙氨酸键。(3)内肽酶,使肽“尾”及肽“桥”内的肽键断裂。(4)β-1,3、β-1,6葡聚糖酶和甘露聚糖酶,此酶分解酵母细胞的细胞壁。(5)壳多糖酶,这是分解霉菌细胞壁一种溶菌酶。
2. 溶菌酶的应用
2.1 溶菌酶在畜禽饲料中的应用
2.1.1 降低毒素释放:梁爱华等研究表明,鸡蛋清溶菌酶与β-内酰胺类抗生素联合使用能阻止细菌溶解,降低细菌内毒素的释放,并减少巨噬细胞TNFα和IL-6的产生。证明鸡蛋清溶菌酶与β-内酰胺类抗生素联合使用能降低细菌内毒素的释放,从而可能减轻内毒素血症。
2.1.2 作饲料防腐剂和杀菌剂:由于溶菌酶本身是一种天然蛋白质、无毒性,是一种安全性高的饲料酶,它能专一性的作用于目的微生物的细胞壁,而不能作用于其它物质。该酶对革兰氏阳性菌、枯草杆菌、耐辐射微球菌有强力分解作用;对大肠杆菌、普通变形菌和副溶血弧菌等革兰氏阴性菌等也有一定的溶解作用;与聚合磷酸盐和甘氨酸等配合使用,具有良好的防腐作用。在饲料中添加溶菌酶可防止霉变,延长饲料的贮存期,减少不必要损耗。黄健等指出,溶菌酶与葡萄糖氧化酶有增效作用,且抗酸作用还可以通过花生四烯酸的加入得到进一步增强。
2.1.3 防治仔猪腹泻:Lindeman等报道,仔猪断奶时,胰腺的分泌突然下降,使动物消化功能出现短期障碍,因养分吸收降低而导致腹泻。添加溶菌酶制剂后能有效地控制因消化不良而引起的腹泻,这是因为溶菌酶可以提高内源性蛋白酶的活性,促使抗炎多肽的产生,具有抵抗和消除炎症的作用。李小辉等报道,溶菌酶与免疫球蛋白在功能上有着紧密的联系,并能与其它生命活性物质进入补体增强抗体的活性,从而杀灭细菌。因为溶菌酶对引起仔猪腹泻的埃希氏大肠杆菌和轮状病毒具有较强的抑制作用,因此在现代饲料工业中,经常使用微生物添加剂,其作用是维持动物体消化道内微生态平衡。在微生态系统中,微生物添加剂抵抗病原菌的主要方式是依靠竞争性排斥作用,即产生不利于有害菌的产物,例如产生溶菌酶、抗菌物质、乳酸和过氧化氢等。
2.1.4 改善肠道微生物群,提高抗病力:胃肠道微生物区系过度发酵会干扰消化的正常生理过程。Choct等认为,完整的可溶性非淀粉多糖(NSP)的提高将对增加小肠中发酵微生物的活性产生负面影响。Carre等报道,添加酶制剂后,使NSP的分子量减小,降低食糜粘度,从而减少回肠微生物发酵,增加盲肠的发酵作用,为机体提供部分能量,相应改善动物的生产性能。胃肠道微生物的发酵状态还与动物的某些疾病有关,NSP的增加使发酵水平提高。添加酶制剂后,可使结肠和直肠中短链脂肪酸的产生显著下降,从而预防某些疾病的发生。酶还能改变肠道微生物群,增加肠道有益菌,使肠道内的胺、甲酚等有害物质减少,增加机体抗病力,提高动物的生产性能。 Morgan等报道,溶菌酶制剂还能有效防治球虫病。饲喂小麦基础日粮的鸡,添加和不添加酶对球虫病的应激呈现不同的反应,对照组鸡生长被抑制52.5%,而加酶组为30.5%,而且损伤系数加酶组好。
2.1.5提高鸡的增重:在不用任何抗生素情况下,在肉鸡饲料中添加饲用溶菌酶制剂,可促进鸡体的健康,提高增重和饲料报 酬,减少死亡。邵春荣等用自制的饲用溶菌酶制剂作为饲料添加剂,对175羽肉用仔鸡进行了饲养对比试验。结果显示,在不用任何抗生素的情况下,饲料中添加4~100mg/kg的饲用溶菌酶制剂,试验组平均增重比对照组提高2%~2.8%;饲料消耗量降低2.1%~5.2%;存活率提高14%~17%;饲料报酬提高5.0%~8.8%。饲用溶菌酶可以促进饲料中营养物质的消化、吸收,提高饲料的消化率,最大限度地提高饲料原料的利用率。
2.2 在水产养殖中的应用活菌制剂中有益微生物进入水产动物机体后,形成优势菌群,产生溶菌酶、过氧化氢等物质,可杀灭潜在病原菌,并且产生各种消化酶,有利于养分分解,具有高度安全性,不会对水产动物产生任何危害,也不会在水中和鱼体内有残留。溶菌酶或溶菌酶与抗生素合用,用于治疗海水、淡水养殖鱼类、螃蟹类、虾类,由弧菌、海洋曲桡菌、链球菌、爱德华菌引起的疾病。减少海水、淡水鱼类、螃蟹类、虾类养殖过程中的病原菌感染率,降低抗生素在海水、淡水鱼类、螃蟹类、虾类养殖中的存留,增强海水、淡水养殖鱼类、螃蟹类、虾类的品质,提高海水、淡水养殖鱼类、螃蟹类、虾类的经济效益。
2.3 改善乳质中的应用人乳中含有大量的溶菌酶,而牛乳中则很少,将溶菌酶添加到牛乳及其制品中,可使牛乳人乳化;研究还表明,溶菌酶是双歧杆菌增长因子,有防止肠炎和变态反应的作用,对婴、幼儿的肠道菌群有平衡作用;在干酪生产中添加溶菌酶可代替硝酸盐等抑制丁酸菌的污染,防止干酪产气,并对干酪的感官质量有明显改善作用。人溶菌酶基因能够明显提高牛奶品质,降低牛奶细菌含量,具有一定的经济意义。注射人溶菌酶基因后,牛奶中溶菌酶的含量大幅度增加,体细胞明显减少,大大改善了牛奶品质,有助于牛奶的“人奶化”,有利于牛奶的保鲜,为在“人奶化”的牛奶中获取大量人溶菌酶提供了可能,能提高奶牛养殖的经济效益。
2.4 溶菌酶在治疗奶牛乳腺炎中的应用奶牛乳腺炎的特点之一是乳中的体细胞,特别是白细胞增多。乳腺感染细菌后,由于多形核白细胞对细菌的生长和代谢产物有趋化性,结果导致多形核白细胞的流入。进入乳腺的白细胞通过分泌细胞间隙进入乳中,同时受损脱落的上皮细胞也进入乳中.导致乳中体细胞增多。根据乳中体细胞的含量来判断奶牛是否患有乳腺炎是一种可靠的方法。人溶菌酶基因能够明显减少牛奶中体细胞数,因此,可有效治疗奶牛乳腺炎。溶菌酶是人和动物天然的非特异防御因子,对多种革兰氏阳性菌具有直接溶解作用,在补体和抗体的协助下对革兰氏阴性菌也有溶解作用,同时还具有一定的增强机体免疫力、消炎、化脓和促进组织修复等功能,因此非常适合针对病原菌复杂的奶牛乳房炎的防治。
2.5 食品添加剂中的应用研究表明,溶菌酶、氯化钠和亚硝酸盐联合应用到肉制品中可延长肉制品的保质期,其防腐效果比单独使用时效果更好。 对于一些新鲜的海产品和水产品经溶菌酶处理后均可延长储存期。
3. 小结由于饲料工业中长期使用抗生素,而导致畜禽细胞免疫及体液免疫功能下降,同时抗生素可在畜禽体内残留,而危及人类的健康,因此饲料工业中急需无毒、无害的添加剂。饲用酶制剂应运而生,它们一般是直接用作饲料添加剂的水解酶。可以改变肠道微生物群落,促进饲料的消化、吸收,提高饲料的利用率。但是这类酶热稳定性差,易失活,在胃内酸性环境下易被破坏,因而起不到实际效果。但是饲用溶菌酶具有以下优点可补其不足:(1)热稳定性强、耐酸性,便于储藏和运输,是一种安全性很高的添加剂;(2)饲用溶菌酶可使用溶菌酶的粗制品,节省了生产成本,同时还具有添加量小、容易保存等优点;(3)溶菌酶具有耐热、耐酸特性,在饲料加工及通过胃内酸性环境时仍能保持较高的酶活力,为其用作饲料添加剂提供了保证;(4)最大限度地提高饲料原料的利用率,促进营养物质的消化和吸收。
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