細菌素作用方式及其在飼料和養殖中的應用

高會軍

（盤山縣沙嶺動物衛生監督所，遼寧 盤錦 124100）

農產品質量和食品安全是涉及國計民生的大事。抓好全過程監管是保障農產品質量和食品安全的主要途徑，尤以生產環節至關重要，它是整個產業鏈的基礎保障。在畜牧養殖飼料中持久添加抗生素所帶來的耐藥性和藥物殘留問題，已成為制約飼料工業和養殖業健康發展的“瓶頸”。 細菌素（Bacteriocins）作為一類由微生物產生的具有抑菌活性的多肽或前體多肽類物質，因其具有抗生素和益菌素雙重功效兼具高效、安全、無殘留、難產生抗藥性等特點，而受到業界的廣泛關注，并逐漸在飼料工業和畜禽養殖中得到廣泛應用，很可能成為飼用抗生素的替代物。

1 細菌素的分類

細菌素的分類和術語自其被發現以來變化很快，主要分類用在大腸菌素上，首先依據大腸菌素的吸附特性進行分類，然后依據免疫特性再分成亞類。由于許多細菌素已被詳細深入研究，因而有必要按照其抑菌譜進行詳細分類，并由此建立了一套分類編碼術語，即產生細菌素的菌株編碼加細菌素的最初字母。例如大腸菌素CA23D指的是由大腸桿菌CA23代謝生成的大腸菌素D。Bradely于1967年根據細菌素的自然特點設計了一種分類準則。該準則將細菌素按照分子量大小分為兩個大類：第一類是具有熱穩定性、超速離心下不會沉淀、不能在電子顯微鏡下分辨出來的小分子；第二類是熱不穩定、容易沉淀、可抑制胰蛋白酶活性、能在電子顯微鏡下分辨出來的大分子。

細菌素通常是指大腸菌素型的蛋白質，而由革蘭氏陽性菌生成的細菌素并不適合這種分類定義，其主要原因在于這類細菌素抗菌活性譜廣，作用機制受特殊受體調控，在溶菌酶作用下可提高分泌量。Tagg于1992年建議對細菌素進行重新分類，考慮非大腸菌素類型特點的物質，或在原有分類中加入細菌素類似物。Klaenhamer依據結構、作用機制、基因和生物化學特性，將細菌素分為4類。Cotter提出將細菌素分為2個大類，每一類再分成亞類（見表1）。

表1 細菌素分類Table 1 Bacteriocin classification

目前，細菌素分類尚沒有一個國際通用標準，但隨著人們對細菌素研究的不斷深入，其分類將日趨科學化、系統化和標準化。

2 細菌素的作用方式

近年來，針對細菌素作用方式的研究多以細胞膜為靶點。鑒于絕大多數細菌素可引起細胞膜滲透而促使細胞內物質泄漏和質子原動力消失，故此類細菌素對敏感細胞具有一定的殺菌效果。試驗表明，在受到物理或化學壓力發生破損的情況下，革蘭氏陰性菌會對細菌素敏感。這種革蘭氏陰性菌擁有一個由磷脂和脂多糖組成的附加層，附加層上的孔蛋白只允許分子量小于600 Da的分子自由進出，而絕大多數分子無法滲入進去。乳酸菌獲得的細菌素最小分子量約為3 kDa，故無法接觸到細胞質膜。而乳酸菌素Nisin可滲入革蘭氏陽性菌的細胞質膜并對其造成損壞，使敏感細胞氨基酸和陽離子流出細胞膜囊，干擾細胞生物合成，最終導致跨膜電位消失，引起細胞死亡。

目前，細菌素的作用方式主要是通過吸附于敏感細菌并與其細胞膜上的特異蛋白受體結合，以及插入細胞膜或形成孔道2個途徑。

3 細菌素在飼料和養殖中的研究和應用

由于細菌素具有抑菌活性和安全性而被作為食品添加劑，在食品行業得到較為廣泛的使用，但在飼料中應用較少。隨著人們對細菌素安全性和功效研究的深入，以及對抗生素危害認知程度的加深，細菌素有可能成為替代飼用抗生素的新一代添加劑產品。

細菌素因具有種類多、無毒、大部分基因位于質粒上、分子量小、含修飾氨基酸、結構復雜等特點，而被認為是基因工程、食品添加劑、蛋白質工程、抑制病原菌和調節腸道菌群的好材料。鑒于大多細菌素的抗菌譜較窄，如果選用恰當的細菌素，既能防止動物受某些腸道致病菌的危害，又不至于影響動物腸道其他有益微生物。細菌素在飼料中的主要作用是防止飼料被沙門氏菌等致病菌污染及致病菌對動物腸道產生危害，有與抗生素飼料添加劑相似的有益作用，可在飼料中廣泛應用。

對細菌素的系統研究仍是當前熱門方向。有關細菌素毒理的研究，國外起步較早。1973年，Shtenberg和Fowler等就對nisin的毒性進行了相關研究；Reddy等分別用大鼠和家兔對nisin毒理進行相關研究，發現nisin對家兔生產性能不會產生負面影響，對大鼠動物體重及其他生理指標沒有影響；Thomas等用家兔和小鼠進行腹腔注射毒性試驗，研究由銅綠假單胞菌產生的細菌素——綠膿菌素的毒性，沒有引起任何的死亡率或應激，從而證實綠膿菌素這種細菌素毒性很小；Akihiro Hagiwara等用大鼠研究nisin A的安全性，證明其無毒。僅從研究結果看，細菌素對小型動物的毒性很小，但對家禽、單胃動物甚至人類是否產生毒性，有待進一步研究。

4 結語

細菌素雖然具有抗生素的一些效果，但尚有一些科學問題需要解答，如細菌素的長效性、能否產生抗藥性，產生細菌素的有益菌生存、定殖情況等。隨著飼料中禁用抗菌素的呼聲越來越高，細菌素發展迎來了難得的契機。行業領域專家應在未來一段時間內，集中對這些問題進行解釋和闡述，深入了解細菌素作用效果，加強細菌素應用研究。