解決木聚糖酶抑制劑帶來的挑戰

摘" 要：科學界對木聚糖酶抑制劑（xylanase inhibitors，XI）及其對動物營養影響的科學認識有了顯著的提高。木聚糖酶是一種用于提高飼料中營養物質生物利用率的重要酶，但它可能面臨來自谷物中木聚糖酶抑制劑的挑戰。本文探討了植物保護機制的演變、XI對動物生產經濟效益的影響，以及對這些抑制劑具有抗性的新型木聚糖酶Axxess XY的開發。

關鍵詞：動物營養；抗性；木聚糖酶；木聚糖酶抑制劑；雞

中圖分類號：S816.79 文獻標志碼：A " 文章編號：1001-0769（2024）06-0104-03

木聚糖酶抑制劑（xylanase inhibitors，XI）是谷物類植物針對病原體的保護機制進化發展的一個經典例子。微生物，如真菌，能夠降解木聚糖酶，是引起動物發病機制之一。微生物產生的木聚糖酶還可以影響植物的生長。為了保護自己，植物進化出木聚糖酶抑制劑來阻止木聚糖酶的作用。XI是一種植物細胞壁蛋白，廣泛分布于單子葉植物中。木聚糖酶抑制劑根據不同的結構和抑制特異性可分為三類：小麥木聚糖酶抑制劑（triticum aestivum xylanase inhibitors，TAXI）、木聚糖酶抑制蛋白（xylanase inhibitor proteins，XIP）和類甜蛋白木聚糖酶拮抗物（thaumatin-like xylanase inhibitors，TLXI）。

1" XI對動物生產經濟效益的影響

在動物營養中，木聚糖酶被廣泛用于含有谷物和其他植物原料的日糧中，以使營養物質具有更高的生物利用率。木聚糖酶抑制劑的抑制活性阻止了酶的這種積極作用，因此使其在動物生產上具有良好的經濟意義。研究表明，較高水平的XI會對肉雞的生產性能產生負面影響。例如，在一項研究中，用具有較高抑制活性的谷物飼喂肉雞，在第14天，肉雞體重比用抑制活性較低的谷物飼喂的肉雞低7％。Ponte等的另一項研究也得出結論，硬質小麥中的木聚糖酶抑制劑可以降低肉雞日糧中外源性木聚糖酶的活性。

2" XI耐高溫

盡管木聚糖酶抑制劑可以以不同的方式影響外源性木聚糖酶的性能，但近幾十年來，在木聚糖酶發展過程中，人們很少關注降低木聚糖酶對木聚糖酶抑制劑的敏感性問題。首先，人們認為木聚糖酶抑制劑在飼料制粒過程中會變性或被破壞，導致這一問題常被忽略。然而，Smeets等的研究表明，木聚糖酶抑制劑可以耐高溫。他們證明，將小麥暴露于80、85、92和95 ℃的制粒溫度下，木聚糖酶抑制劑的活性分別可以恢復99％、100％、75％和54％。其他研究也證實，飼料在70～90 ℃下調制30 min，然后進行制粒，對試驗飼料中的XI活性幾乎沒有影響，這表明木聚糖酶抑制劑很可能存在于大多數添加了木聚糖酶的動物飼料中。

3" XI影響多種飼料成分的使用

在Debyser等首次報道小麥中存在木聚糖酶抑制劑后，相關研究人員在玉米、大米和高粱等其他谷物中也發現了木聚糖酶抑制劑，并且多篇報道證實了它們參與木聚糖酶抑制和植物防御。在歐洲以外的大多數國家，外源性木聚糖酶不僅用于小麥型日糧，也用于玉米型日糧。除了肉雞飼料外，其他動物飼料，如作為混合谷物型日糧一部分的蛋雞日糧或豬飼料，也容易受到木聚糖酶抑制劑活性的影響。

如今，隨著原料價格的上漲，營養學家傾向于使用其他飼料原料和當地生產的谷物，由此導致情況變得越來越糟。它們需要一種對木聚糖酶抑制劑有抗性的木聚糖酶。

4" 木聚糖酶對木聚糖酶抑制劑的耐受性至關重要

為了防止木聚糖酶因谷物原料中存在木聚糖酶抑制劑而失去作用，新一代木聚糖酶對這些物質的耐受性在開發過程中至關重要，包括酶的發現和工程。在過去的25年中，科學家們了解了很多關于XI-編碼基因的知識，并發現了木聚糖酶抑制劑如何阻斷微生物木聚糖酶的作用。此外，對木聚糖酶和木聚糖酶抑制劑之間相互作用的結構方面的認識顯著增加，主要是木聚糖酶抑制劑如何與真菌或細菌以及GH-10或GH-11家族中的特定木聚糖酶相互作用。基于這一認識，新一代木聚糖酶Axxess XY應運而生。除了具有內在熱穩定性以及對可溶性和不溶性阿拉伯木聚糖表現出多功能活性的基本特征外，它還對木聚糖酶抑制劑具有耐受性。Axxess XY將木聚糖酶在動物飼料中的應用提升到了一個新的水平。

最近的科學發展和內部研究可以歸納如下，Axxess XY對木聚糖酶抑制劑的高耐受性是其選擇源自細菌GH-11和GH-10家族的新型木聚糖酶的原因之一（圖1）。德國祎威能（EW Nutrition）動物營養公司與其研究伙伴一起，對全球不同供應商銷售的木聚糖酶和Axxess XY進行了有趣的基準比較。在這些試驗中，研究人員提取了小麥中的所有木聚糖酶抑制劑。將抑制劑與相應的木聚糖酶在40 ℃（模擬鳥類體溫）下孵育30 min，通過分析孵育后的剩余活性來計算木聚糖酶活性的損失（圖2）。在不同的市售木聚糖酶中觀察到活性出現了不同程度的損失，一些木聚糖酶完全喪失活性。

5" 穩定性

木聚糖酶抑制劑存在于所有谷物中，且耐熱（在90 ℃仍能保留75％的抑制活性）。無論采用何種日糧，所使用的木聚糖酶都可能會遇到木聚糖酶抑制劑，導致活性降低或喪失。更重要的是，這可能會導致動物生產性能不一致。為了有效、穩定和更好地應用非淀粉多糖（non-starch polysaccharides，NSPs）酶，至關重要的是使用對木聚糖酶抑制劑具有耐受性的木聚糖酶。

原題名：Overcoming the challenges of xylanase inhibitors（英文）

原作者：Drajay Awati[祎威能（EW Nutrition）動物營養公司]