天然生物抗菌及机理

天然生物抗菌剂来源于自然界,人们通过提取、纯化获得,资源极其丰富。天然生物抗菌剂是早为人们所利用的抗菌剂,古埃及时期人们就能够用蜂蜡作抗菌剂来保存木乃伊。但是,对天然抗菌剂的开发一直停留在传统经验水平上。近年来,随着环保意识的加强及生物技术研究水平的迅速提高,天然抗菌剂越来越受到重视。根据天然生物抗菌剂来源的不同,可将其分为植物源、动物源和微生物源[21]。

3.1　植物源天然抗菌剂及其抗菌机理

目前,植物源抗菌剂是研究多的一类天然抗菌剂。我国传统的中草药有着悠久的历史,这一类抗菌剂资源开发潜力巨大,如穿心莲、大蒜、金荞麦、苦木、黄连及黄连素、鱼腥草及鱼腥草素等,都是常用的抗菌药物。国外对植物抗菌剂的相关研究报道很多(见表1)。目前对植物天然抗菌剂的开发还刚刚起步,对其抗菌机理的研究有待深入。

3.2　微生物源天然抗菌剂及其抗菌机理

微生物自身也可用作抗菌剂。其抑菌机制有如下几种:一是分泌抗菌素。Y.Ouhdouch等[39]报道了从在摩洛哥分离出的几种放线菌的菌株中提取的非聚烯抗生素,对酵母、霉菌和细菌有很强的抑制作用。G.M.Thorne等通过研究发现链霉菌roseosporus的发酵产物daptomycin为脂肽类抗生素,几乎能够抑制所有的革兰阳性病原菌,不会产生交叉抗药性[40];M.Morita等淀粉芽孢杆菌胞内溶素的抗革兰氏阴性菌活性与结构关系[41],实验证实这种内溶素分子链的C2端和N2端都与抗菌活性有关。H.Tsubery等研究了多菌粘素B(PMB)的脱酰氨基衍生物(PMBN)的抗菌性[42],虽然PMBN的抗菌性比PMB的抗菌性弱,但它可以渗透过革兰氏阴性菌的外膜而中和脂多糖(LPS)毒性。二是参与营养和生存空间的竞争。通过占有生表1　植物源天然生物抗菌剂举例银杏[38]种子甲醇葡萄球菌、假单孢菌及大肠杆菌存在活性存空间、消耗氧气等削弱以至消除同一生存环境中的某些病原物。三是诱导寄主产生抗病性。微生物可以诱导寄主产生防御反应或对病原菌直接寄生而抑制病原菌。四是对病原菌直接作用。L.L.Wilson等发现木霉和酵母能寄生在病原菌上,并分泌一种能破坏真菌细胞壁的酶[43]。因此,对微生物抗菌作用的研究为开发新的天然高分子抗菌剂提供了重要的理论基础和实践指导。

3.3　动物源天然抗菌剂及其抗菌机理

动物源抗菌剂有氨基酸类、天然肽类、高分子糖类等,资源十分丰富。陈月开等研究了氨基酸的抗菌活性,发现半胱氨酸对金黄色葡萄球菌具有较强的抑制作用[44]。半胱氨酸有极强的抗氧化作用,因而推断其抑菌作用与抗氧化性有关。天然肽类抗菌剂,目前已成为抗菌剂的研究热点。很早以前人们就知道人奶和牛奶中含有抗菌性的物质,如溶菌酶、乳过氧化物酶等。溶菌酶对人体安全无副作用,其作用机制是破坏细菌细胞壁肽聚糖中的β21,4糖苷键。K.H.Yu等认为来自3种鳞翅目昆虫(Galleriamellonella,Bombyxmori,Agrius壳聚糖的抗菌性能已成为研究的热点。壳聚糖是甲壳质的脱乙酰产物,可以溶解在许多稀酸中。壳聚糖相对分子质量越小、脱乙酰度越大,溶解度越大。壳聚糖具有较强的抗菌活性,其对大肠杆菌、枯草杆菌和金黄色葡萄球菌的MIC值达到(250～500)×10-6。此外,壳聚糖对植物病原菌也有抑制作用,如1%壳聚糖对尖镰菌(F.Solani)和腐皮镰菌(F.oxysporumcepae)有完全抑制的作用。壳聚糖的抗菌作用,认为有以下2种机理:一种是壳聚糖分子中的-NH3+带正电性,吸附在细胞表面,一方面可能形成一层高分子膜,阻止营养物质向细胞内运输,

另一方面使细胞壁和细胞膜上的负电荷分布不均,破坏细胞壁的合成与溶解平衡,溶解细胞壁,从而起到抑菌杀菌作用;另一种是通过渗透进入细胞内,吸附细胞体内带有阴离子的物质,扰乱细胞正常的生理活动,从而杀灭细菌。对于细胞壁结构不同的革兰氏阳性与革兰氏阴性细菌,壳聚糖的作用机理不同。革兰氏阳性细菌,有较厚的细胞壁结构,壳聚糖主要作用于其细胞表面,因此前一种机理是杀灭此

类细菌的主导作用;革兰氏阴性细菌,细胞壁较薄,小分子的壳聚糖可以进入其细胞内作用,因此后一种机理起主导作用。研究结果表明,随着脱乙酰度和浓度的提高,壳聚糖的抗菌活性增强。而对于相对分子质量的影响,目前还未有一致的结论,其原因一方面是对壳聚糖相对分子质量在生产过程中不能很好控制,另一方面是因为不同相对分子质量的壳聚糖对于不同的菌种有不同的作用效果。一般认为,随着壳聚糖相对分子质量的降低,对大肠杆菌抑制性增强,而对金黄色葡萄球菌的抑制性减弱。此外,一些生物碱也可用作抗菌剂,如Y.R.Torres等发现从一种海绵无脊椎动物提取的生物碱对革兰氏阴性和革兰氏阳性菌都有很强的抗菌效果[47]。

4　结　语

作为一种理想的抗菌剂,应该具有即效、广谱、长效、稳定及安全的抗菌效果。然而,现有的抗菌剂,无论是无机的、有机的,还是天然生物的,都没有达到理想的要求。现有的各类抗菌剂,都具有特有的抗菌机理,只有在抗菌机理上作出全面、深层次的研究,综合各类抗菌剂的特点,才能进一步改善抗菌剂的有效性。目前,抗菌材料研究在我国正面临着重大的机遇和挑战。1996年日本病原性大肠杆菌感染事件,引起日本全国范围内对抗菌材料研制开发的极大重视,也是目前日本在这一领域处于领先地位的重要原因。2003年,我国遭受到了严重的SARS病毒感染,面对这样的灾害,抗菌材料的研究工作者,从保障人们群众的健康利益出发,如何进一步开发出有效的抗菌剂,如何在更广阔的领域中使抗菌剂得到应用,这必将是我国今后在抗菌材料领域中面临的2个主要的课题。