曾宇坤 陳盛星 黃建鋒 陳信勇 官道文

（1.福建農(nóng)林大學動物科學學院 福州 350002；2.福建圣農(nóng)發(fā)展（浦城）有限公司 福建南平 354100）

20世紀40年代時，第一個抗生素(青霉素)被發(fā)現(xiàn)后，抗生素在治療和預防動物疾病方面起著重要作用，特別是對有重大經(jīng)濟價值的家畜作出了巨大貢獻。但是，由于全球抗生素的廣泛濫用，造成臨床上不斷出現(xiàn)超級耐藥菌以及在食用肉上檢測出殘留的抗生素[1]。因此，研究人員迫切需要開發(fā)新型抗生素或可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)抗生素的藥物以解決細菌的耐藥性和殘留問題。從2006年1月份開始，歐盟全面禁止在食品動物上使用抗生素類促生長飼料添加劑。在全球這種趨勢下，發(fā)現(xiàn)安全、有效及不易產(chǎn)生耐藥性的抗生素替代物成為必然選擇。

抗菌肽（antimicrobial peptides，AMPs）是自然界生物體內(nèi)廣泛存在且具有生物活性的小分子多肽，是宿主免疫系統(tǒng)的重要組成部分。抗菌肽分布于動植物、微生物、昆蟲及人的體內(nèi)，因具有抗微生物活性高、抑菌譜廣和不易產(chǎn)生耐藥性及無免疫原性等特點，從而使抗菌肽成為替代傳統(tǒng)抗生素的不二之選[2]。近幾年來，對于抗菌肽的研究主要集中在農(nóng)學、生物學、藥理學及生理學；順應(yīng)時代需求，抗菌肽開始在藥品和食品工業(yè)上進行生產(chǎn)應(yīng)用。

目前已有報道多種不同抗菌肽作為飼料添加劑能有效提高豬的生產(chǎn)性能、降低料重比、增強腸道吸收功能、增加腸道有益菌和提高免疫功能[3-5]。文中對抗菌肽分類及結(jié)構(gòu)、作用機制和在豬養(yǎng)殖生產(chǎn)中應(yīng)用進行闡述。

1　抗菌肽的分類及結(jié)構(gòu)

根據(jù)抗菌肽來源物種，可以分為哺乳動物源抗菌肽、昆蟲類源抗菌肽、微生物源抗菌肽和植物源抗菌肽；依據(jù)抗菌肽對不同種類微生物具有的拮抗活性，可以分為抗病毒肽、抗細菌肽、抗腫瘤肽、抗真菌肽和抗寄生蟲肽[6]。

抗菌肽分子質(zhì)量較小，通常由6～100個氨基酸組成?？咕拇蠖鄶?shù)帶正電荷，稱為陽離子抗菌肽，如LL-37、cecropin、magainin等；而少數(shù)抗菌肽帶負電荷，為陰離子抗菌肽，如PsHct1和PsHct1等?？咕慕Y(jié)構(gòu)呈現(xiàn)多樣化，根據(jù)抗菌肽的結(jié)構(gòu)特點和氨基酸系列分類，主要可以分為五類，分別為β折疊抗菌肽、α螺旋抗菌肽、伸展螺旋抗菌肽、具環(huán)狀結(jié)構(gòu)型抗菌肽和無規(guī)則結(jié)構(gòu)的抗菌肽[7-8]。具有不同結(jié)構(gòu)和氨基酸的抗菌肽，其發(fā)揮相應(yīng)抗微生物活性的方式也是不相同的[9]。

2　抗菌肽作用機制

抗菌肽具有廣譜的抗微生物活性，對細菌、真菌、病毒、寄生蟲及一些腫瘤細胞具有抑制或殺滅作用[10]。目前臨床應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，抗菌肽獨特的作用機制使得病原微生物不易對抗菌肽產(chǎn)生耐藥性及使用抗菌肽不易產(chǎn)生殘留等問題[11]，所以抗菌肽有望能夠替代抗生素?？咕牡淖饔脵C制復雜，主要包括：破壞細胞膜、抑制生物大分子的合成、破壞細胞器、引起DNA斷裂和抑制酶活性等。但是，到目前為止，還尚未有一種活性機制可以解釋所有抗菌肽的作用機制。

2.1抗菌肽抑菌作用機制 抗菌肽作用于細菌的方式主要有四種機制，分別是與細菌細胞壁作用、與細菌細胞膜作用、與細菌細胞質(zhì)內(nèi)的靶目標作用和影響細胞生理功能?？咕木唧w的抗菌機制雖還未深入了解，但是這四種方式抗菌機制是具有協(xié)同作用的。

2.1.1抗菌肽與細菌細胞壁作用 抗菌肽主要是通過破壞細菌細胞壁或抑制細胞壁的合成來發(fā)揮抗菌作用。例如MDpep5、MDpep9和MDL-2等抗菌肽通過破壞細胞壁，引起細菌死亡；而桿菌肽鋅和乳鏈菌肽則可以抑制細菌細胞壁合成，從而達到抑菌效果。

2.1.2抗菌肽與細菌細胞膜作用 抗菌肽與細菌細胞膜相互作用后，能使細胞膜上形成孔洞，導致細胞內(nèi)物質(zhì)流出而致細菌死亡。目前，抗菌肽與細菌細胞膜相互作用模型主要有三種形式，即 “桶板模型”、“覆毯模型”和“環(huán)孔模型”[12]。含有α螺旋或β折疊片結(jié)構(gòu)的抗菌肽可以通過“桶板模型”的作用機制，在細胞膜上形成跨膜孔道，導致細胞內(nèi)物質(zhì)外流而死亡。發(fā)揮“覆毯模型”作用機制的抗菌肽則無需含有特殊結(jié)構(gòu)，只需抗菌肽大量聚集覆蓋在細胞膜表面并形成肽聚體，降低細胞膜的穩(wěn)定性，使細胞膜形成裂縫或孔洞，從而直接導致細菌死亡[13-14]。而“環(huán)孔模型”中，細胞膜上的孔洞形成是由于抗菌肽垂直插入到細胞膜內(nèi)，從而造成細胞膜的磷脂雙分子層排序出現(xiàn)混亂而形成孔洞，從而造成細菌死亡[15]。

2.1.3抗菌肽與細菌細胞質(zhì)作用 當抗菌肽破壞細菌細胞膜的完整性時還不能殺滅細菌，抗菌肽則會利用暫時在細胞膜上形成的孔洞，進入到細胞質(zhì)中，與細胞質(zhì)中的靶分子相結(jié)合，影響正常生命活動，進一步抑制或殺滅細菌[16]。例如，抗菌肽buforin II能夠與細菌的DNA和RNA發(fā)生結(jié)合，影響蛋白正常翻譯，從而起到抑制細菌效果[17-18]；有些抗菌肽則是通過干擾細胞器正常運行，從而抑制細菌，如thanatin和histain可干擾細菌線粒體的正常功能。

2.1.4抗菌肽影響細菌細胞生理功能 細菌的生命活動伴隨著新陳代謝過程，一些抗菌肽抑制細菌就是通過干擾細菌的新陳代謝，進而起到抑制細菌作用。例如，抗菌肽LL-37可通過與細胞質(zhì)中氧化磷酸化相關(guān)基因相互作用，阻礙該基因的表達，從而影響細胞正常生理功能，起到抑菌效果。

2.2抗菌肽抗病毒機制 目前研究表明，抗菌肽對病毒也有抑制和殺滅活性?？咕膶Σ《酒鹨种谱饔每梢愿爬槿N機制：一是當有囊膜病毒準備入侵宿主細胞時，剛好被細胞膜上或游離的抗菌肽識別并結(jié)合，抑制病毒進入宿主細胞；二是抗菌肽通過干擾病毒的組裝，阻礙病毒增殖，進而抑制病毒復制；三是某些病毒在進入細胞內(nèi)時，需要借助宿主細胞膜上的受體，與受體結(jié)合后進入細胞內(nèi)進行增殖，而有些抗菌肽可競爭性地與病毒相結(jié)合，阻礙病毒與受體結(jié)合，從而達到抗病毒效果[19]。

2.3抗菌肽抗寄生蟲作用機制 Shahabuddin等[20]研究發(fā)現(xiàn)，昆蟲防御素能夠干擾瘧原蟲的生長；Diaz-Achilrica等[21]在1998年發(fā)現(xiàn)，合成的抗菌肽對利什曼原鞭毛蟲有殺傷作用，其作用機制與抑制細菌的機制基本相似，其靶目標都是細胞膜。

2.4抗菌肽抗腫瘤或抗癌作用機制 已有研究表明，magainin、天蠶素 A、蜂毒肽、α-防御素-1/-2 等抗菌肽對癌細胞具有殺傷作用?？咕闹饕峭ㄟ^誘導腫瘤細胞凋亡、破壞病變細胞膜結(jié)構(gòu)、破壞細胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)及影響腫瘤細胞的代謝等四種方式來抑制腫瘤細胞的生長，進而達到治療目的[10,22]。

3　抗菌肽在豬產(chǎn)業(yè)中的運用

豬是目前國內(nèi)食物性肉類的主要來源，但是豬的細菌性疾病、病毒性疾病和寄生蟲疾病一直是困擾著豬養(yǎng)殖業(yè)的重要問題。雖然抗生素和疫苗在預防豬的疾病方面作出了巨大的貢獻，但是由于抗生素的廣泛濫用，導致臨床上耐藥菌的出現(xiàn)。為了解決抗生素所帶來的問題，急需發(fā)現(xiàn)新型藥物代替抗生素，因為抗菌肽存在廣譜的抗微生物活性，且不易產(chǎn)生耐藥性，從而成為代替抗生素的首選藥物?？咕某司哂兄委熀皖A防疾病的作用，還有促進家畜的生長性能等作用[23]。因此，抗菌肽越來越廣泛運用于畜牧生產(chǎn)上，所獲得的效果也十分顯著。

3.1抗菌肽提高豬生產(chǎn)性能 乳鐵蛋白是目前普遍加入到飼料中的一種抗菌肽。有試驗研究表明，乳鐵蛋白抗菌肽作為一種飼料添加劑能提高小豬體重和日增重比，比對照組小豬分別增加13.3%和29.3%；不僅增加小豬的日增重比率，而且還降低料重比11.5%[24-25]，提高經(jīng)濟效益。有學者試驗證明[26]，在飼料中只添加乳鐵蛋白一種抗菌肽，可提高小豬平均日增重和日均采食量，且高于乳鐵蛋白、防御素、天蠶素和菌絲霉素等多種抗菌肽等量混合。

另外，除了乳鐵蛋白抗菌肽能提高小豬的生長性能，抗菌肽大腸桿菌素E1也能有效刺激小豬的生長發(fā)育。試驗研究表明，含有大腸桿菌素E1飼料的試驗組與未添加大腸桿菌素E1的對照組比，前者日增重較后者高380 g；若在每千克豬飼料中添加11～16.5 mg大腸桿菌素E1，小豬的日增重能夠提升到540～940 g[27]。然而大腸桿菌素E1作為飼料添加劑也只適合單獨使用，與其他抗菌肽及蛋氨酸鋅聯(lián)合使用時不能有效提高小豬的生產(chǎn)性能[26]。

抗菌肽能夠有效提高小豬的生產(chǎn)性能，可能原因為抗菌肽具有抗菌活性。例如大腸桿菌素E1能抑制致病性大腸桿菌菌株的活性，減少小豬腹瀉和水腫性疾??；另一方面是抗菌肽提高小豬飼料利用率，從而促進小豬生長[28]。

3.2抗菌肽在小豬免疫機能中的作用 抗菌肽是機體防御系統(tǒng)中重要的組成部分，在先天性免疫反應(yīng)中具有微生物活性，而參與適應(yīng)性免疫反應(yīng)中具有免疫調(diào)節(jié)功能[29-31]。研究人員發(fā)現(xiàn)豬食用含有基因表達重組的乳鐵蛋白飼料，能夠增加機體血清中IgA和IgG的表達水平，但會降低IgM的表達水平；飼料中添加天蠶素AD則能提高空腸中IgA和血清中IgA、IgG、IL-1β及IL-6的表達水平。3.3 抗菌肽改善小豬腸道微生態(tài)平衡 腸道病原菌能夠產(chǎn)生有毒物質(zhì)，不僅能夠引起腸道黏膜發(fā)生炎癥反應(yīng)，而且還能縮短腸道絨毛長度和加深隱窩深度，從而引起小豬腹瀉性疾病[32]。而抗菌肽抗菌活性主要是恢復腸道正常功能和形態(tài)[5]。研究人員發(fā)現(xiàn)，基因表達重組的乳鐵蛋白能顯著提高空腸和回腸中黏膜長度及絨毛高度與隱窩深度的比值，也許是由于乳鐵蛋白能減少腸道中大腸桿菌數(shù)量而增加雙歧桿菌和乳酸菌等有益菌群數(shù)量有關(guān)；不僅基因表達重組的乳鐵蛋白有維持腸道健康的功能，天蠶素AD和抗菌肽A3也有相似的功能[33]。另外，飼料中添加的抗菌肽能減少血清中D-乳酸濃度[25]，從而增加腸道的通透性，增強腸道對飼料的吸收率和利用率。

4　討 論

抗菌肽具有抗細菌、抗真菌、抗寄生蟲和抗有囊膜病毒等廣泛的抗微生物活性作用，而且抗菌肽能提高小豬的生長性能、加強腸道吸收功能、改善腸道形態(tài)和增加腸道有益菌，進而有利于提高小豬產(chǎn)品品質(zhì)。隨著抗生素在畜牧生產(chǎn)上的應(yīng)用受到限制，抗菌肽作為一種能夠替代抗生素的藥物，在畜牧生產(chǎn)上的使用越來越廣泛。

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Arduino作為一種開源性電子設(shè)計平臺，應(yīng)用于很多領(lǐng)域，包括硬件(Arduino開發(fā)板)和軟件。市面上又有很多以Arduino為核心，傳感器、電機等硬件為載體的電子設(shè)計模式。利用Arduino進行全地形越野機器人的設(shè)計，可以很大程度上減少軟硬件搭配、越野設(shè)計方式上的障礙。常見的機器人競賽，例如“中國工程機器人大賽”，江蘇省、四川省等一些省教育廳主辦的機器人競賽，都設(shè)有全地形越野類競賽，對于此類競賽如何應(yīng)對，利用Arduino如何進行具體設(shè)計，本文將從以下三個方面講述.

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