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抗菌肽在家禽生产中应用的研究进展

时间:2023-05-20 浏览:59次

抗菌肽在家禽生产中应用的研究进展

详细说明


导读


抗菌肽是由10-50个氨基酸残基组成的小分子多肽,具有广谱抗菌活性和免疫调节活性,能够抑制有害微生物生长、调整肠道菌群平衡、增强机体免疫力和提高动物生产性能。文章综述抗菌肽的生物学功能及其在家禽生产中的应用研究进展,为饲用抗菌肽在家禽生产中的研发与应用提供参考。




抗菌肽在家禽生产中应用的研究进展

Research progress on application of antimicrobial peptides in poultry production


由于抗菌肽独特、广谱、快速高效的抗菌机制和特性,使其有效抑杀革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌,且不易产生耐药性。另外,抗菌肽还具有分子量较小、无抗原性和体内无残留等优点。因而,近年来国内外在关于抗菌肽的功能机制和生产应用方面做了大量研究报道,抗菌肽可以抑制有害微生物生长、调整肠道菌群平衡、增强机体免疫力和提高动物生产性能。如今,抗菌肽已然成为极具潜力的抗生素替代物。因此,本文主要综述抗菌肽的生物学功能及其在家禽生产中的应用研究进展,为饲用抗菌肽在家禽生产中的研发与应用提供参考。








01
抗菌肽概述


抗菌肽又称抗微生物肽、宿主防御肽等,是先天免疫系统的关键效应因子,它们提供了抵御各种病原体的第一道防线,是原核和真核生物中先天免疫防御系统的多功能成分,具有抗细菌,抗真菌,抗病毒,抗寄生虫和抗肿瘤功能。


目前,大多数理论认为抗菌肽的抑菌活性主要依靠细胞膜穿孔机制。即抗菌肽先与细菌的外膜作用,结合以后再作用于细胞内膜上,经过静电引力作用形成许多孔道,使细菌正常的代谢遭到破坏,细胞膜的结构和功能也受到影响,最终造成靶细胞死亡,完成抑菌作用。Paik等研究发现,枯草菌肽可以通过作用细菌细胞膜产生的特殊产物,进而使细胞膜形成孔洞,使细胞内容物外泄,实现杀死细菌的目的。Kouwen等认为,枯草菌肽通过抑制细胞膜压力敏感性离子通道MscL的关闭,进而使细菌细胞内容物外泄,导致细菌死亡。


另外,也有观点认为抗菌肽通过在胞内发挥作用的方式实现抑菌作用:(1)作用于核酸,影响DNA和RNA的复制和合成;(2)作用于蛋白质,与真核细胞核糖体亚基结合,使蛋白质结构转变、活性丧失;(3)抑制细胞内酶活性。有研究表明肠杆菌肽通过阻断RNA聚合酶中用于合成RNA的碱基的运输和合成过程中的副产物的排出,进而抑制RNA聚合酶的活性。或与细胞内ATP合成酶相互作用,降低酶活性,阻断细胞内依赖 ATP 的生物过程,也可以使线粒体内酶的活性降低,扰乱物质代谢,导致细胞死亡。


由于部分抗菌肽存在一些特殊的二、三级结构,使其对高温、酸、碱及胃蛋白酶和胰蛋白酶具有良好的抵抗力,因此在饲料加工过程和动物应用中几乎不受影响。比如枯草三十七肽是由 37个氨基酸组成并含有2个二硫键的阳离子肽,其性质极其稳定,可以耐受1.5-9.5pH,还可以在高温环境中稳定存在。肠杆菌肽是由21个氨基酸组成的索套肽,其中N端的8个氨基酸形成一个圆形的环状结构,9-21 氨基酸形成β发夹结构,贯穿圆环,故其性质非常稳定,对高温、蛋白酶有良好耐受性。








02
抗菌肽在家禽生产中的应用


2.1 对有害菌的作用


在家禽养殖中,病原菌造成家禽死亡是养殖失败的主要原因之一。如大肠杆菌、沙门氏菌、产气荚膜梭菌、金黄色葡萄球菌等会造成家禽一系列肠道疾病,影响家禽生产性能,进而造成经济损失。抗菌肽具有广谱的抗菌效果,抑制杀灭一些有害菌的生长,促进肠道健康。


张琳研究发现,枯草菌肽200g/吨组、100g/吨组和恩拉霉素250g/吨组都能显著降低鸡产气荚膜梭菌的数量,其中枯草菌肽200g/吨组梭菌减少比例高达95.75%,效果好于恩拉霉素组。王帅发现枯草菌肽对产气荚膜梭菌具有较强的抗感染作用,防止肠道受有害菌侵袭,对维持肠道稳态具有积极作用。对于产气荚膜梭菌,枯草菌肽的体外最小抑菌浓度是林可霉素的二十八分之一,体内实验发现枯草菌肽只需要林可霉素浓度的七分之一即可达到同等抑菌效果,说明抗菌肽枯草菌肽对于抑制产气荚膜梭菌的效果强于林可霉素。饲粮中添加300 mg /kg枯草菌肽可减少爱拔益加肉公鸡盲肠中的大肠杆菌数量,与80mg/kg金霉素无显著差异,可以提高饲料利用率和生产性能,也反映出枯草菌肽具有抗生素替代的潜力。Gang Wang研究发现,在沙门氏菌攻毒的1日龄AA公鸡组中,在42日龄时,日粮中添加0.5mg/kg 抗菌肽肠杆菌肽与20mg/kg硫酸粘菌素对比,肠杆菌肽可显著降低沙门氏菌感染率,效果优于硫酸粘霉素。于曦研究发现,鲎素抗菌肽可阻止沙门氏菌对肠道结构的破坏,提高感染雏鸡肠道微生物的多样性。枯草菌肽体外抑制金黄色葡萄球菌的最小抑菌浓度高于氨苄西林,但抑菌效果与其相当。另有研究称,在金黄色葡萄球菌注射模型中,枯草菌肽促进巨噬细胞和中性粒细胞趋化因子的表达向感染部位转运,并可以改善病原体诱导破坏后的微生物区系结构和功能组成,从而防止金黄色葡萄球菌侵染机体。


2.2 提高生产性能及产品品质


抗菌肽对于肉禽具有良好的应用效果,能够增加日增重,降低料肉比。提高肉禽的生长性能和生产性能。王莉研究发现,枯草三十七肽抗菌肽能够提高817肉杂鸡平均日增重,降低料重比,生长前期效果更佳。1~21日龄时,在日采食量无显著差异的情况下,日粮中添加200mg/kg枯草三十七肽的效果最好,相较于对照组,平均日增重提高6.19%,料重比降低6.25%。张琳研究发现,饲粮中添加枯草菌肽200g/吨组和100g/吨组肉鸡末重和日增重显著提高,且生产性能较恩拉霉素组有提升。许君茹等研究发现,与对照组相比,日粮中添加枯草三十七肽显著提高肉鸡的平均体重和平均日增重,分别提高2.55%和2.56%,并且降低7.8%的成活率,从而提高长性能。穆洋研究发现,日粮中添加 250 mg/kg枯草菌肽可提高肉仔鸡8.5%的平均日增重并降低4.2%的料肉比,日粮中添加500mg/kg枯草菌肽可提升肉仔鸡4%的屠宰率,全净膛率、半净膛率、胸肌率屠宰性能也有一定程度的提高。张丽雅研究发现,在饮用水中添加5mmol/L罗伊氏乳杆菌0.08μmol/L配伍抗菌肽肠杆菌肽可以达到常规使用抗生素作为生长促进剂所获得的改善肉鸡生长性能的效果。饲料中添加中、高剂量抗菌肽可以显著提高感染鼠伤寒沙门氏菌肉鸡22.5%和32.5%的平均日增重,降低22.7%和27.5%的料重比,维持或改善患病肉鸡的生长性能,减少经济效益的损失。关静姝研究发现,饲粮中添加300mg/kg肠杆菌肽提高AA肉鸡饲料的转化率,能够提高2%平均日增重,降低2.3%料肉比,从而提高动物的生产成绩,改善动物的生产性能,进而增加生产效益。饲粮添加抗菌肽Api-PR19能够提高饲料转化效率,改善肉鸡生产性能。


抗菌肽在蛋鸡的应用同样效果明显,能显著降低料蛋比,提高产蛋鸡的出栏体重以及蛋壳质量指标,对于蛋品质有显著改善。张耀文等认为饲料中添加枯草三十七肽能增强机体代谢水平,促进其对营养物质的合成和利用,添加100mg/kg枯草三十七肽能够提高70周龄海兰褐蛋鸡3.4%的产蛋率。孙何军等研究发现,肠杆菌肽对产蛋相关的激素有调节作用,在一定程度上对蛋鸡的生殖系统产生保护作用,饲粮中添加肠杆菌肽可提高300日龄海兰褐蛋鸡3.51%产蛋率,降低6%的破蛋率和3.5%的脏蛋率,有效改善蛋鸡生产性能。刘梦雪研究发现,饲喂抗菌肽能提高蛋鸡产蛋后期的生产性能以及产品质量,添加200mg/kg抗菌肽能够显著降低66周龄海兰褐蛋鸡6.07%料蛋比、提高3.4%产蛋率,增加1.27%平均蛋重,蛋壳厚度、蛋壳强度以及蛋黄颜色均有提高,分别提高5.56%、8.9%和11.54%。


2.3 提高免疫力


家禽自身免疫力的高低决定着发病率的高低,与家禽生产性能和产品品质等经济效益密切相关。抗菌肽具有较强的免疫调节作用,能够提高家禽免疫器官重量,提高体液免疫与细胞免疫水平,提高疫苗效价和T淋巴细胞转化率,进而改善畜禽健康状况。


彭翔研究发现,枯草菌肽能够提高肉鸡的免疫功能。表现在显著提高外周血T淋巴细胞15.9%- 50.7%和提高B淋巴细胞转化率21.3%-23.6%,效果优于50%维吉尼霉素;促进肉仔鸡免疫器官指数的提高,血清中的总蛋白、白蛋白及免疫球蛋白含量的提高,效果与50%维吉尼霉素相当。穆阳认为日粮中添加500 mg/kg枯草菌肽肉仔鸡血清中IgG、IgA含量均显著高于空白对照组,且IgG含量高于150mg/kg土霉素效果;脾脏指数、胸腺指数、法氏囊指数相对于空白对照组分别提升42%、11%、55%,随着不同抗菌肽试验组添加量的提高,血清中IgG、IgA含量呈增多趋势。卜华超研究发现,饲料中添加中、高剂量抗菌肽可以显著提升感染鼠伤寒沙门氏菌肉鸡血清中IgA、IgG、IgM、IL-6和IL-10的含量和肠道SIgA、ZO-1的含量,提高了机体的免疫反应能力,从而抑制鼠伤寒沙门氏菌的感染。饲粮中添加枯草三十七肽能够显著提高蛋鸡血清中免疫球蛋白的含量,在增强蛋鸡的免疫功能方面具有重要作用,并且在添加较低浓度(100 mg/kg~200 mg/kg)时,其作用效果有剂量依赖性,但在添加较高浓度(200 mg/kg~300 mg/kg)时,其作用效果不再随浓度的增加而加强。有研究表明,日粮中添加枯草三十七肽能够提高产蛋后期蛋鸡体液免疫水平和细胞免疫水平,显著提高Ig AIgMIg GIL-2IL-4IL-10TNF-αIFN-γ含量,显著提高新城疫抗体效价21%、提高禽流感抗体效价19.73%,最高可显著提高T淋巴细胞转化率78.57%


2.4 改善肠道形态及菌群结构


小肠是吸收和运输营养物质的重要场所,其形态变化可反映肠道健康状况,小肠的绒毛高度、隐窝深度和绒隐比是衡量小肠消化吸收功能的重要指标。肠道菌群与机体生理代谢、免疫防护和疾病发展有关,肠道菌群的动态平衡可以维持肠道健康,提高畜禽的生产性能。抗菌肽可以提高肠道有益菌的丰度,有效改善肠道的组织形态,提高家禽在不同时期不同肠段的绒毛高度和绒隐比,降低隐窝深度,增加肠道的吸收面积和吸收能力,从而改善肠道菌群结构,缓解生产压力,进而提高生产质量。


在产蛋后期蛋鸡饲粮中添加不同水平枯草三十七肽对其回肠隐窝深度有降低趋势,并提高了回肠绒毛高度,说明枯草三十七肽有利于改善蛋鸡肠道黏膜形态,减少有害菌对肠黏膜的破坏,从而改善肠道黏膜形态和功能。穆阳研究发现日粮中添加250 mg/kg枯草菌肽,肠道中乳酸杆菌、双歧杆菌数量显著提升6.7%和5.9%,同时大肠杆菌和沙门氏菌数量分别降低13.7%和9.9%,随着抗菌肽试验添加量的不断提高,其AA肉仔鸡肠道中有益菌的数量不断增加,大肠杆菌和沙门氏菌的数量不断降低。彭翔认为枯草菌肽能显著提高肉鸡肠道中乳酸杆菌1%和双歧杆菌7.2%以上的含量,盲肠中大肠杆菌显著降低8.7%以上。产蛋后期蛋鸡饲粮中添加200mg/kg枯草三十七肽,其空肠、十二指肠、回肠的隐窝深度分别降低10.58%、20.97%、21.69%,空肠、十二指肠、回肠的绒隐比分别提高15.22%、38.87%、30.19%;并且能改善产蛋后期蛋鸡盲肠菌群结构,提高厚壁菌门、拟杆菌门、互养菌门、瘤胃球菌、理研菌科RC9肠道群的丰度与表达,从而促进了肠道健康,减缓了产蛋后期蛋鸡生产性能和蛋品质的下降幅度。王建认为100mg/kg抗菌肽Api-PR19可以提高绒毛高度8.7%,降低隐窝深度12.8%,提高绒隐比28.5%,改善肉鸡肠绒毛组织形态。增加小肠对营养物质的吸收,增强小肠免疫能力,减少盲肠有害微生物的数量,维持肠道微生态平衡,综合改善了肠道健康,进而提高饲料转化效率,改善肉鸡生产性能。胡凤姣研究发现,鸡血源抗菌肽可有效改善热应激鸡肠道的组织结构的损伤,尤其是能抵抗慢性热应激造成的鸡消化功能的降低和肠道黏膜免疫的抑制,维持热应激状态下鸡肠道的稳态。








03
结论及展望


在当前全球禁抗养殖浪潮的影响下,我国饲料行业已经进入无抗养殖的时代。目前,我国家禽养殖业高度集约化,存在饲养密度过大,养殖环境较差等问题,导致家禽生产性能及机体免疫力下降,消化道微生态失衡。饲粮中添加抗菌肽可提高家禽生长性能,提高机体免疫力和改善肠道健康,缓解由管理不当或肠炎感染等造成的负面影响,为畜禽养殖提供一个效果优秀的抗生素替代方案。


抗菌肽作为替抗产品用于畜禽生产实践效果优秀,但在生产实践中也存在一定问题需要改进。①用于饲料中的替抗抗菌肽产品并不多,主要原因是由于天然抗菌肽难以筛选,分离纯化困难。②与抗生素相比,大部分抗菌肽的效果还达不到其水平。当然,随着生产工艺的优化、更持续深入的研究以及市场接受程度的提高,坚信抗菌肽作为绿色安全的替抗饲料添加剂将会成为解决无抗养殖时代难题的良方。


参考文献 略



END


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