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1、微生物产生的抗菌肽研究情况闵建，李理( 华南理工大学轻工与食品学院，广东广州510640)纲要： 抗菌多肽是微生物、植物、动物中由基因编码，核糖体合成的拥有抗菌活性的多肽、蛋白质、 不一样蛋白的复合物或许蛋白与糖、脂的复合物。 动物和植物产生的抗菌多肽的研究比较成熟， 大多都已经知道其抗菌机理，而微生物研究许多的抗菌多肽是放线菌产生的抗菌多肽，对于细菌、酵母、霉菌和藻类的研究较少，本文综述主要综述了国内外细菌、真菌、霉菌和藻类产抗菌多肽以及它们的抗菌机理。重点字： 抗菌多肽，细菌，抗菌机理Current Research on Antibacterial Polypeptides Produc
2、ed byMicroorganismMin jian Li Li(College of Light Industry and Food Science, South China University of Technology, Guangzhou 510640, China)Abstract: Antibacterial polypeptides are complexes conjugated with carbohydrate or lipids. These complexes are encoded by Gene and synthesized by Ribosome. Antib
3、acterial polypeptides isolated from animals and plants were well-known and the principles were studied. However, less antibacterial polypeptides were isolated from microorganism such as bacterium, yeast, mould and algae. The antibacterial polypeptides isolated from microorganism and the principles w
4、ere reviewed in this paper.Keywords: antibacterial polypeptide, bacterial, principle序言抗菌多肽是生物产生的一类抵抗原微生物的防守反响的多肽，它的分子量小、 水溶性好、耐热性强、无免疫原性、抗菌谱广等特定，有可能成为一种高效、低毒并且无残留危害的抗菌、抗病毒、抗癌新药，甚至能够经过基因工程的方法将抗菌肽基因导入到植物、动物和微生物内，用于大量量生产或进行动植物的抗病育种。抗菌多肽研究的盛行是在20 世纪80年月， 1980 年 Boman 等从美国天蚕蛹中分别获得的天蚕素是第一个被发现的抗菌肽，以后好多从昆虫、
5、 动物、植物等生物中不停的分别获得各样不一样的抗菌多肽，其抗菌机理也不停被研究发现。微生物产生的抗菌多肽最近几年来也在不停的深入，本文综述了除放线菌之外的细菌、酵母、霉菌、藻类产抗菌多肽，介绍了这些抗菌多肽的特征及其抗菌机理。1 细菌产生的抗菌肽1.1 杆菌肽 (bacitracin)杆菌肽是由地衣芽孢杆菌(Bacilluslichnifarimis ) 和枯草芽孢杆菌(Bacillussubtilis )产生的一种短肽类的新式广谱抗菌素，它能够有效控G+ 和G- 细菌，如金黄色葡萄球菌（ Staphylococcus ）、链球菌（Streptococcus）、困难梭菌( Clostridiu
6、mdifficile ) 和一些古细菌( Archaebacteria ) 、甲烷杆菌 ( Methanobacterium ) 、盐球菌 ( Halococcus )1-2 。杆菌肽极易溶于水、甲醇、二甲基亚砜，易溶于乙醇，微溶于丙酮、苯、醚类，不溶于氯仿 , 它有很多异构体，分别为杆菌肽A、 A1、B、 C、 D、 E、 F1、 F2、 F3 和 G，这些异构体的构造表示图如图 1，杆菌肽 A 的构造是由12 个氨基酸构成含有噻唑环的多肽复合体3。它在酸性到中性的溶液中很稳固，但是在PH9的溶液中时室温下就会很快降解2。图 1 杆菌肽的构造表示图Fig.1Schematic structu
7、re of bacitracin congeners杆菌肽必需与二价金属离子以1:1的比率联合形成络合物才有生物活性，与金属离子的2+2+2+2+2+亲和力次序为 Cu Ni Co Zn Mn 4 。杆菌肽的抗菌作用与它克制细胞壁的合成有关，革兰氏阳性菌的细胞壁主要由肽聚糖构成，而抗菌肽却正好阻挡了肽聚糖的合成，也有研究表示抗菌肽影响了细胞壁中氨基酸合成蛋白质再进一步形成细胞壁5-6。因为杆菌肽易吸潮，所以在生产发酵达到杆菌肽效价最高时，直接在培育液中加锌盐，生成较稳固的杆菌肽锌络合物。这类络合物在饲养业中应用很广，常用于抗生素饲料增添剂。这类抗生素饲料增添剂有很多长处7：理化性质较稳固，易保
8、留；毒副作用小；适当增添无残留；无配伍禁忌，不产生抗药性，可长久使用。1.2 短杆菌肽 S(Gramicidin S, GS)GS是 Bacillus brevis分泌的由 10 个氨基酸构成的环状肽类抗生素，它是1944 年从前苏联的一个农场的土壤中分离发现的，其结构表示为Cyclo-(L-Val-L-Orn-L-Leu-D-Phe-L-Pro)2 8-9。 GS有很高的生物活性，对G+和一些病原菌都有明显的杀伤作用，可是它作用的专一性小，拥有溶血细胞毒性和肝、肾的细胞毒性，所以限制了其应用范围 10 。CS 的三维构造模型如图2 ， D-Phe-Pro构成了其双侧的 - 转角，两个三肽序列
9、-Val-Orn-Leu-形成坚固的方式平行的 - 片层构造， Leu 和 Val 的氨基质子和羧基之间氢键的形成稳固了其分子的构象11 。 GS是同时拥有极性和非极性表面的双亲构造: 两个极性的、带正电荷的 Orin 的 -(CH23+4 个 Leu 和) 2-NH 侧链和两个 D-Phe 的苯环突出在分子的一个面；Val 的疏水侧链 (-CH2-CH-(CH3) 2 和 -CH-(CH3) 2) 伸出于分子的另一面， 这类双亲构造对它的生物活性是特别必需的 12 。很多研究还显示，在各样极性的有机溶剂、清洗剂胶团和磷脂双层的环境中，甚至在一些能使蛋白质发生变性的高温条件下，GS 的构象都能
10、够保持稳固，这同时说明它的这类双亲构造是特别稳固的。图 2 GS 分子构造及三维空间构象模型Fig.2 the molecular structure and the three dimensional model of GS在用较低浓度的GS办理敏感菌株后， 发现氮和磷等细胞内含物第一从细胞中开释出来，其开释的量与药物的浓度呈正有关，进而推测GS可能与苯酚和一些表面活性剂拥有同样的作用机理， 即是经过与磷脂双层形成聚合物而损坏膜的构造，致使细胞内含物的开释而最后2惹起细胞的死亡12-13 。一些对于 GS与人工脂质体、生物膜作用的生物物理学研究表示，GS能激烈地分派进入到液晶态脂双层膜中，
11、其精美的作用位点位于脂质双层磷脂分子的极性基头的表面地区， 并与之发生静电互相作用， 能够以为， 疏水和静电互相作用对此抗生素的活性有重要意义 14 。对于不一样的磷脂膜可能有不一样的作用机理，同时对于某一种特定的磷脂双层，肽的浓度或许膜的状态都会对其互相作用产生影响， 所以很难建立出一个详尽的对于GS与膜作用的模型 15 。1.3多粘菌素 E( polymyxin E )多粘菌 E 是由多粘类芽孢杆菌( Paenibacilluspolymyxa)产生的一种碱性多肽类抗生素，对 革 兰 氏 阴 性 杆 菌 有 强 烈 的 杀 菌 作 用 16 。 它 可 以 治 疗 由 志 贺 氏 痢 疾
12、杆 菌 (Shigelladysenteriae)、大肠埃希氏菌(Escherichia coli )、铜绿假单脆菌(Pseudomonas aeruginosa)、沙门氏菌属 (Salmonlla )和一般变形杆菌 ( Proteus vulgaris )惹起的感染， 并对霍乱弧菌、 鼠疫杆菌等也有优秀的作用 17 。因为多粘菌素 E 拥有优秀的抗菌活力和高效、低毒、残留少的特征，所以能够用于饲料增添剂，促进禽牲畜长和提升饲料的利用率，并且能够防备饲料大规模生产中产出现的由大肠埃希氏菌和沙门氏菌污染惹起的疾病18 。多粘菌素 E 能吸附在细胞的细胞壁上，与脂蛋白游离磷酸基联合，损坏膜的通透性
13、，使细胞内主要成分特别是嘌呤、嘧啶等从细胞浆中流出，细菌生长发生克制或惹起细胞死亡19 。用多粘菌素克制禽分支杆菌导出Mg2+外流实验更为证了然其独到的作用体制，与其余抗生素或抗药不会产生交错耐药性，本类药间会产生交错耐药性，但其耐药性不会经过R因子流传，所以扩散延伸速度较慢。因为G-菌胞壁中含有许多量的磷脂，而G+菌中的磷脂含量较低，所以对G-菌的成效比G+菌强 10103 倍 20 。其抗菌谱也仅限于G-菌，对 G+菌不敏感。多粘菌素与TMP、庆大、红霉素、杆菌肽锌等适用，有共同及增效作用，填补其抗菌谱的不足，降低多粘菌素的用量及毒性。与(E)-2-hexenal 及吲哚适用，拥有增效作用
14、。与二价阴离子、季胺盐化合物、不饱和脂肪酸、碱性药物、肌肉神经阻断药物等适用，会降低疗效或增大副作用。1.4 乳链菌肽 (Nisin)Nisin 是 1 个有 34 个氨基酸构成的五环多肽，其修饰氨基酸包含羊毛硫氨酸(Ala-S-Ala) 、 -甲基羊毛硫氨酸(Ala-S-Abu) 、硫氢丙氨酸(Dha)和 -甲基脱氢丙氨酸(Dhb) ，如图3。其分子由两个构造域构成：N- 端构造域 (1 19 位残基 )，含有 A、B 、C 3 个硫醚环； C-端构造域 (23 34 位残基 )，含有 D 和 E 两个互相环绕的环及凑近C-端的 6 个氨基酸残基。这两个构造域经过1 个柔性铰链区 (20 22 位残基 )连结并且都拥有疏水面和亲水面的双亲构造。Nisin的 C-端构造域带有大量的正电荷，含有更多的亲水性氨基酸表现出亲水性，而其N-端构造域大多数是疏水基因，表现疏水性，能够与靶细胞的磷脂头端互相作用21 。图 3 乳链菌肽 Z 的分子构造Fig.3 Mo
