天然生物抗菌劑來源于自然界,人們通過提取、純化獲得,資源極其豐富。天然生物抗菌劑是早為人們所利用的抗菌劑,古埃及時期人們就能夠用蜂蠟作抗菌劑來保存木乃伊。但是,對天然抗菌劑的開發(fā)一直停留在傳統(tǒng)經驗水平上。近年來,隨著環(huán)保意識的加強及生物技術研究水平的迅速提高,天然抗菌劑越來越受到重視。根據(jù)天然生物抗菌劑來源的不同,可將其分為植物源、動物源和微生物源[21]。

3.1　植物源天然抗菌劑及其抗菌機理

目前,植物源抗菌劑是研究多的一類天然抗菌劑。我國傳統(tǒng)的中草藥有著悠久的歷史,這一類抗菌劑資源開發(fā)潛力巨大,如穿心蓮、大蒜、金蕎麥、苦木、黃連及黃連素、魚腥草及魚腥草素等,都是常用的抗菌藥物。國外對植物抗菌劑的相關研究報道很多(見表1)。目前對植物天然抗菌劑的開發(fā)還剛剛起步,對其抗菌機理的研究有待深入。

3.2　微生物源天然抗菌劑及其抗菌機理

微生物自身也可用作抗菌劑。其抑菌機制有如下幾種:一是分泌抗菌素。Y.Ouhdouch等[39]報道了從在摩洛哥分離出的幾種放線菌的菌株中提取的非聚烯抗生素,對酵母、霉菌和細菌有很強的抑制作用。G.M.Thorne等通過研究發(fā)現(xiàn)鏈霉菌roseosporus的發(fā)酵產物daptomycin為脂肽類抗生素,幾乎能夠抑制所有的革蘭陽性病原菌,不會產生交叉抗藥性[40];M.Morita等淀粉芽孢桿菌胞內溶素的抗革蘭氏陰性菌活性與結構關系[41],實驗證實這種內溶素分子鏈的C2端和N2端都與抗菌活性有關。H.Tsubery等研究了多菌粘素B(PMB)的脫酰氨基衍生物(PMBN)的抗菌性[42],雖然PMBN的抗菌性比PMB的抗菌性弱,但它可以滲透過革蘭氏陰性菌的外膜而中和脂多糖(LPS)毒性。二是參與營養(yǎng)和生存空間的競爭。通過占有生表1　植物源天然生物抗菌劑舉例銀杏[38]種子甲醇葡萄球菌、假單孢菌及大腸桿菌存在活性存空間、消耗氧氣等削弱以至消除同一生存環(huán)境中的某些病原物。三是誘導寄主產生抗病性。微生物可以誘導寄主產生防御反應或對病原菌直接寄生而抑制病原菌。四是對病原菌直接作用。L.L.Wilson等發(fā)現(xiàn)木霉和酵母能寄生在病原菌上,并分泌一種能破壞真菌細胞壁的酶[43]。因此,對微生物抗菌作用的研究為開發(fā)新的天然高分子抗菌劑提供了重要的理論基礎和實踐指導。

3.3　動物源天然抗菌劑及其抗菌機理

動物源抗菌劑有氨基酸類、天然肽類、高分子糖類等,資源十分豐富。陳月開等研究了氨基酸的抗菌活性,發(fā)現(xiàn)半胱氨酸對金黃色葡萄球菌具有較強的抑制作用[44]。半胱氨酸有極強的抗氧化作用,因而推斷其抑菌作用與抗氧化性有關。天然肽類抗菌劑,目前已成為抗菌劑的研究熱點。很早以前人們就知道人奶和牛奶中含有抗菌性的物質,如溶菌酶、乳過氧化物酶等。溶菌酶對人體安全無副作用,其作用機制是破壞細菌細胞壁肽聚糖中的β21,4糖苷鍵。K.H.Yu等認為來自3種鱗翅目昆蟲(Galleriamellonella,Bombyxmori,Agrius殼聚糖的抗菌性能已成為研究的熱點。殼聚糖是甲殼質的脫乙酰產物,可以溶解在許多稀酸中。殼聚糖相對分子質量越小、脫乙酰度越大,溶解度越大。殼聚糖具有較強的抗菌活性,其對大腸桿菌、枯草桿菌和金黃色葡萄球菌的MIC值達到(250～500)×10-6。此外,殼聚糖對植物病原菌也有抑制作用,如1%殼聚糖對尖鐮菌(F.Solani)和腐皮鐮菌(F.oxysporumcepae)有完全抑制的作用。殼聚糖的抗菌作用,認為有以下2種機理:一種是殼聚糖分子中的-NH3+帶正電性,吸附在細胞表面,一方面可能形成一層高分子膜,阻止營養(yǎng)物質向細胞內運輸,

另一方面使細胞壁和細胞膜上的負電荷分布不均,破壞細胞壁的合成與溶解平衡,溶解細胞壁,從而起到抑菌殺菌作用;另一種是通過滲透進入細胞內,吸附細胞體內帶有陰離子的物質,擾亂細胞正常的生理活動,從而殺滅細菌。對于細胞壁結構不同的革蘭氏陽性與革蘭氏陰性細菌,殼聚糖的作用機理不同。革蘭氏陽性細菌,有較厚的細胞壁結構,殼聚糖主要作用于其細胞表面,因此前一種機理是殺滅此

類細菌的主導作用;革蘭氏陰性細菌,細胞壁較薄,小分子的殼聚糖可以進入其細胞內作用,因此后一種機理起主導作用。研究結果表明,隨著脫乙酰度和濃度的提高,殼聚糖的抗菌活性增強。而對于相對分子質量的影響,目前還未有一致的結論,其原因一方面是對殼聚糖相對分子質量在生產過程中不能很好控制,另一方面是因為不同相對分子質量的殼聚糖對于不同的菌種有不同的作用效果。一般認為,隨著殼聚糖相對分子質量的降低,對大腸桿菌抑制性增強,而對金黃色葡萄球菌的抑制性減弱。此外,一些生物堿也可用作抗菌劑,如Y.R.Torres等發(fā)現(xiàn)從一種海綿無脊椎動物提取的生物堿對革蘭氏陰性和革蘭氏陽性菌都有很強的抗菌效果[47]。

4　結　語

作為一種理想的抗菌劑,應該具有即效、廣譜、長效、穩(wěn)定及安全的抗菌效果。然而,現(xiàn)有的抗菌劑,無論是無機的、有機的,還是天然生物的,都沒有達到理想的要求?，F(xiàn)有的各類抗菌劑,都具有特有的抗菌機理,只有在抗菌機理上作出全面、深層次的研究,綜合各類抗菌劑的特點,才能進一步改善抗菌劑的有效性。目前,抗菌材料研究在我國正面臨著重大的機遇和挑戰(zhàn)。1996年日本病原性大腸桿菌感染事件,引起日本全國范圍內對抗菌材料研制開發(fā)的極大重視,也是目前日本在這一領域處于領先地位的重要原因。2003年,我國遭受到了嚴重的SARS病毒感染,面對這樣的災害,抗菌材料的研究工作者,從保障人們群眾的健康利益出發(fā),如何進一步開發(fā)出有效的抗菌劑,如何在更廣闊的領域中使抗菌劑得到應用,這必將是我國今后在抗菌材料領域中面臨的2個主要的課題。

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