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溶菌酶是人和動物體液和組織中的一種重要的防御因子,具有殺菌效果強(qiáng),殺菌譜廣,穩(wěn)定性強(qiáng),易被機(jī)體所接受的特點(diǎn),還能促進(jìn)免疫功能恢復(fù),并且沒有任何毒副作用和不良反應(yīng)。因此溶菌酶作為一種生物制劑,被廣泛應(yīng)用于食品、飼料工業(yè)和醫(yī)學(xué)臨床。
一、溶菌酶簡介
溶菌酶(Lysozyme) 全稱為1,4-β-N-溶菌酶,又稱粘肽N-乙酰基胞壁酰水解酶。由英國細(xì)菌學(xué)家Fleming在1922年首先在人的唾沫、眼淚和鼻涕中發(fā)現(xiàn),因其能溶解細(xì)菌細(xì)胞壁而具有溶菌作用而得其名。根據(jù)溶菌酶結(jié)構(gòu)、分子量和來源的差異可分為:植物溶菌酶(plant type lysozyme),微生物溶菌酶(bacteria type lysozyme),噬菌體溶菌酶(phage lysozyme)以及3種動物型溶菌酶:c型(chicken egg-white lysozyme,clyz),g型(goose egg-white lysozyme,glyz)和I型(invertebrate type lysozyme)。
其中最常見的是c型、g型以及噬菌體溶菌酶,牛體內(nèi)的溶菌酶有多種,表達(dá)的潛在位點(diǎn)有:乳腺、唾液、淚液、胃、氣管組織以及中性粒細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、白細(xì)胞等,其中牛乳溶菌酶屬于c型。
二、溶菌酶的生物學(xué)特性研究
1.抗菌作用
作為非特異性免疫的重要成員,溶菌酶在防御外源微生物入侵方面發(fā)揮著重要的作用,其在動物的免疫細(xì)胞和巨噬細(xì)胞中含量比較高。后來在反芻動物的皺胃中發(fā)現(xiàn)消化型溶菌酶,此類溶菌酶能消化分解細(xì)菌,并吸收微生物分解后的組分來作為自身的營養(yǎng)成分。
溶菌酶對革蘭氏陽性菌、好氣性孢子形成的菌、枯草桿菌、耐輻射微球菌均具有良好的分解作用,對大腸桿菌、普通變球菌和副血性弧菌等革蘭氏陰性菌也具有溶解作用。
細(xì)菌的胞壁質(zhì)是由N-乙酰胞壁酸和N-乙酰氨基葡萄糖交替組成的多聚物,胞壁酸殘基上可以連接多肽,稱為肽聚糖。多糖之間以直鏈形式存在,彼此臨近的多糖鏈之間可以通過肽鏈部分相互連接,從而形成三維結(jié)構(gòu)。溶菌酶正是通過水解破壞肽糖分子的N-乙酰胞壁酸和N-乙酰氨基葡萄糖氨之間的β-(1,4)糖苷鍵,使細(xì)胞因滲透壓不平衡而引起破裂,從而導(dǎo)致菌體細(xì)胞壁溶解而殺死細(xì)菌。
2.其它生物學(xué)功能
溶菌酶能激活宿主的免疫系統(tǒng),增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞的免疫原性,從而具有抗腫瘤作用;溶菌酶是一種堿性蛋白質(zhì),在體內(nèi)近于中性的pH環(huán)境下帶有大量的正電荷,可與帶負(fù)電荷的病毒蛋白直接作用,和DNA、RNA、脫輔鹽基蛋白形成復(fù)鹽,使侵入體內(nèi)的病毒失活;在被皰疹病毒感染的Hela細(xì)胞培養(yǎng)液中,加入溶菌酶后有抑制細(xì)胞的變性作用;溶菌酶也可抑制腺病毒生長,可用于帶狀皰疹、腮腺炎、雞水痘、肝炎及流感病毒性疾患的治療。
三、溶菌酶的應(yīng)用研究
溶菌酶通過調(diào)控腸道微生物菌群,降低機(jī)體維持和免疫應(yīng)答對營養(yǎng)的需求,從而改善畜禽的生產(chǎn)性能,可對腸道微生物進(jìn)行直接或間接調(diào)控起作用。對腸道微生物進(jìn)行直接的調(diào)控作用是降低腸道內(nèi)有害微生物,維護(hù)腸道菌群有效的動態(tài)平衡;對腸道微生物的間接調(diào)控作用是降低免疫應(yīng)答和亞臨床疾病的發(fā)生,減少腸道的維持需要。
1.對腸道微生物的影響
動物腸道中的天然菌群至少包括了400種不同類型的細(xì)菌,其中既有有利于宿主健康的有益菌,也有能夠使宿主致病的有害菌。研究表明,健康動物體內(nèi)的菌群是相對穩(wěn)定的,個體菌群的差異性影響著個體生長性能的差異。溶菌酶可通過抑制動物胃腸道微生物以促進(jìn)動物的生長,其通過降低有害微生物的抑生長作用,提高了營養(yǎng)成分的利用率及減少了胃腸道的維持損失,從而促進(jìn)動物的生長。
乳仔豬消化系統(tǒng)、腸道相關(guān)免疫組織和免疫系統(tǒng)組織尚未發(fā)育完善,但是斷奶過程中伴隨的應(yīng)激和免疫刺激及導(dǎo)致免疫抑制的因素使動物抵抗疾病和免疫保護(hù)能力下降,從而導(dǎo)致繼發(fā)性的感染機(jī)會大幅度增加。溶菌酶可有效抑制養(yǎng)殖生產(chǎn)中的致病微生物,促進(jìn)腸道有益菌群的生長,是雙歧桿菌的有效增值因子。
2.免疫調(diào)節(jié)作用
研究發(fā)現(xiàn),免疫反應(yīng)會降低動物的采食量,增加機(jī)體的維持需要,加快了機(jī)體蛋白質(zhì)的分解,從而抑制動物的生長。溶菌酶可以降低動物免疫系統(tǒng)的活化和減少亞臨床疾病的發(fā)生,如降低急性炎癥反應(yīng),減少細(xì)胞免疫和體液免疫。
同時還可以通過減少炎性細(xì)胞因子的合成,降低細(xì)胞免疫和體液免疫活化水平,改善營養(yǎng)平衡狀態(tài),最終表象為較好的生長性能。常規(guī)飼養(yǎng)的動物由于過多的免疫細(xì)胞激活和炎癥反應(yīng)引起的維持營養(yǎng)需要的增加,而導(dǎo)致生長速度和飼料轉(zhuǎn)化效率降低等,溶菌酶通過對腸道微生物菌群的作用,減少炎癥反應(yīng)和免疫系統(tǒng)的激活,促進(jìn)生長。
3.內(nèi)分泌調(diào)節(jié)作用
溶菌酶能夠減少外來抗原的刺激,降低動物免疫激活程度,從而減少某些生長抑制因子的濃度和活性,最終導(dǎo)致促進(jìn)分解代謝物質(zhì)釋放量的減少和合成激素活性的提高。關(guān)于溶菌酶直接或間接作用于消化細(xì)胞的機(jī)理,尚需要進(jìn)一步研究。
四、溶菌酶的臨床研究應(yīng)用
溶菌酶是人和動物體液及組織中的一種重要的防御因子,在非特異性免疫中具有抗菌、消炎、促進(jìn)組織修復(fù)和增強(qiáng)免疫力等多種藥理作用,因此被廣泛應(yīng)用于食品、飼料工業(yè)和醫(yī)學(xué)臨床。
溶菌酶可用于預(yù)防和治療奶牛的乳腺炎、急慢性子宮內(nèi)膜炎、陰道炎、口蹄疫、口腔炎、皮膚潰瘍等細(xì)菌感染性疾病。湯建中采用復(fù)合溶菌酶治療子宮內(nèi)膜炎,總有效率達(dá)到93. 3%,顯著高于目前臨床上使用的常規(guī)藥物。
呂俊等人用溶菌酶溶液進(jìn)行子宮灌注,共治療33頭奶牛,總有效率91%。
楊為榮等( 2001)用復(fù)合溶菌酶治療奶牛子宮內(nèi)膜炎,結(jié)果表明, 溶菌酶對子宮內(nèi)膜炎的總治愈率、治療后子宮恢復(fù)程度均較抗生素治療的效果好。對子宮內(nèi)膜炎的總治愈率達(dá)82.35 %~88.24 %,明顯高于金霉素的治愈率( 56.25 %);溶菌酶試驗組平均受胎率為75. 38%,明顯高于抗生素對照組。
趙建英(2003)等用復(fù)合溶菌酶制劑進(jìn)行子宮灌注,間隔1周重復(fù)治療1次,對治療奶牛子宮內(nèi)膜炎有效率達(dá)85%。由此可以看出,溶菌酶制劑具有療效高、毒副作用小、不產(chǎn)生耐藥性的特點(diǎn),是一種取代抗生素藥物治療子宮內(nèi)膜炎的生物類藥品,具有較好的應(yīng)用前景。
溶菌酶雖然化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定(在pH值4~7范圍內(nèi)100℃處理1分鐘后仍能保持原活性),但許多因素對溶菌酶的生物活性具有直接的影響。例如,細(xì)菌的酸性聚合物能與溶菌酶結(jié)合,阻礙其溶菌活性、溫度、酸堿度、離子濃度、重金屬離子、溶液的滲透壓以及任何影響細(xì)菌表面結(jié)構(gòu)的因素等等。因此在溶菌酶的使用過程中應(yīng)當(dāng)注意外界環(huán)境的對溶菌酶活力的影響。
五、溶菌酶的研究開發(fā)趨勢
1.優(yōu)化從雞蛋蛋清中提取溶菌酶的工藝,可提高提取速度和溶菌酶的活性,縮短生產(chǎn)周期,便于實現(xiàn)大規(guī)模的生產(chǎn)。
2.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)生物技術(shù)國家重點(diǎn)實驗室先后申請了批號為200510066117.0和200610076241.X的兩項專利,這兩項專利涉及生產(chǎn)重組人溶菌酶的動物乳腺生物反應(yīng)器--人溶菌酶轉(zhuǎn)基因克隆大型家畜的方法,都是利用體細(xì)胞克隆技術(shù)生產(chǎn)轉(zhuǎn)人溶菌酶基因的轉(zhuǎn)基因牛,從而通過高產(chǎn)奶牛的乳腺,大量生產(chǎn)具有活性的人溶菌酶。既可開發(fā)出具有高附加值的保健牛奶,也可純化出人溶菌酶并開發(fā)成藥品和保健品。
3.利用真核表達(dá)原理與技術(shù)將溶菌酶通過酵母、植物反應(yīng)器,來生產(chǎn)溶菌酶。浙江省杭州康德權(quán)飼料有限公司申請了批號為200710067728.6的專利,它是采用基因工程重組方法修飾了雞蛋清溶菌酶,并通過畢赤酵母發(fā)酵表達(dá)了高活性的雞溶菌酶,該方法實現(xiàn)了大批量的工業(yè)化生產(chǎn),且不受原材料來源的限制,其產(chǎn)品具有穩(wěn)定、純凈、生物活性高的特點(diǎn)。
可以說,隨著生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展,溶菌酶的生產(chǎn)取得了令人矚目的成就。最開始是通過天然溶菌酶(蛋清和胎盤中)提取來獲得,但提取成分復(fù)雜、工序繁瑣,不易大批量的工業(yè)化生產(chǎn)。通過動物乳腺生物反應(yīng)器,既可以生產(chǎn)高附加值的保健牛奶,也可純化出人溶菌酶并開發(fā)成藥品和保健品。通過酵母菌發(fā)酵來生產(chǎn)溶菌酶,突破了受材料來源的限制,可以大批量的生產(chǎn)穩(wěn)定、純凈、生物活性高溶菌酶的愿望得以實現(xiàn)。因此,現(xiàn)在溶菌酶的生產(chǎn)主要傾向于后兩種方法,成為研究的熱點(diǎn)。
作者簡介:齊長學(xué),男,(1982-),在讀碩士,主要從事產(chǎn)科疾病的診斷和治療,電話:13936987146 |
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