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秦生巨
南京金狮贵宾服务生物工程有限公司
农业农村部 2019 年第 194 号公告明确要求,2020 年 1 月 1 日起将退出除中药外的所有促生长类药物饲料添加剂品种。禁抗是大势所趋,行业已经有了心理准备。近几年已经有企业开展减抗替抗产品研 发,禁抗公告的出台也在预料之中。禁抗对畜禽养殖企业震动较大。
不过目前第 194 号公告仅停留在大纲层面,后续还会出台具体细则。如果公告与相关法律法规衔接上,禁抗就可以提升到相应的高度,将提升执行效率、震胁力,所以我认为对禁抗不应等闲视之。
尽管公告已出,但抗生素是不可能就此彻底退出舞台,禁抗可能还需要相当长的一段过渡期。因为,目前没有任何一款产品可以完全替代抗生素。
欧洲是国际上最早实行“禁抗”的地区,早在 2006 年就出台了全面的“饲料禁抗令”。通过 10 多年的实践摸索形成了一整套通过 环境控制、生物防疫、精细管理和营养改进的综合方案来实现无抗养殖。
欧洲饲料企业“禁抗”最为宝贵的经验是养殖现场管理细节的改进。大量的实践证明,养殖环节管理水平如果没有进行有效改进,动物营养改进方面的效果就会大打折扣。
与此同时,欧洲在开发抗生素替代品方面也投入了大量的研发,当前在欧洲饲料养殖行业比较普遍的抗生素替代产品主要有酸化剂、 酶制剂、益生菌(微生物生态制剂)、植物提取物等,但通过总结欧盟 10 多年的“禁抗”经验发现,这些抗生素替代品中没有任何单一一种饲料添加剂能完全替代饲用抗生素,系统的营养技术方案是解决饲料替抗问题的关键。
微生态制剂的优势何在?
1、产品天然无公害:用微生物制剂生产出的产品为天然无公害农产品和畜产品,无残留、无污染,对环境无害,符合绿色食品、安全食品和有机食品的要求。
2、提高产品品质:用微生物技术生产的粮食、水果等农产品的 蛋白质、糖分含量增加,口感更优良;肉、蛋、奶的味道具有纯天然口味,胆固醇含量下降,更利于人体的营养需要。
3、应用领域广阔:微生物的种类繁多,在种植业、养殖业、环 境保护、饲料工业等领域均有广泛的用途。随着分子生物学的发展,研制各种特殊功能的工程微生物菌,将比研制转基因植物或动物容易得多,无疑将极大地扩展微生物制剂的应用领域。
活性生物抗菌物
活性生物抗菌物是国家发明专利(专利号:ZL201010549139.3),它的主要成分包括蛭弧菌和噬菌体。
蛭弧菌
蛭弧菌是一类专门以捕食细菌为生的寄生性细菌,它比通常的细 菌小,有噬菌体、细菌素的作用,且具有细菌的特性。其宿主范围广 泛,对大部分阴性菌都有裂解作用,敏感性较高,特异性不强,但作用方式类似噬菌体和细菌素。蛭弧菌繁殖一代需 4-6h,每次可复制 6-36 个子代细胞。蛭弧菌可以在死菌上生长而与噬菌体、细菌素有别。蛭弧菌的作用可吸附到宿主细胞上并进入宿主细胞内,在其中生长繁殖。最终导致宿主菌裂解。
蛭弧菌为细胞内寄生物,整个生活周期可分为识别、侵染、穿入宿主菌体、生长发育、裂解宿主菌、释放子代蛭弧菌。蛭弧菌通过自由碰撞,以没有鞭毛的一端直接吸附在宿主菌上,菌体高速运转,此后通过宿主菌的细孔进入细胞间质中。侵入过程非常的快,几秒钟内即可完成。蛭弧菌穿入宿主菌后,鞭毛消失,整个过程最长为60min。
穿入方式:
(1)由于蛭弧菌高速运转,使得蛭弧菌在宿主菌细胞壁 上机械钻孔,穿入细胞壁。其动力主要来源于特殊的鞭毛结构。蛭弧 菌在穿入前,宿主菌的吸附位点在细胞内压力作用下使局部凸起,蛭 弧菌吸附宿主菌后,在胞壁上钻孔,头部与宿主菌原生质体连在一起, 宿主菌细胞壁结构遭到破坏,导致内外渗透压平衡失调,从而引起宿 主菌细胞壁和原生质体膨胀,蛭弧菌被动进入膨 胀的细胞。
(2)蛭 弧菌穿入时宿主细胞壁破坏还有诱导酶的产生,诱导物存在于宿主菌细胞壁内,蛭弧菌穿入宿主细胞壁时,至少有溶菌酶、胞壁酸酶及酯 酶的产生。酶是蛭弧菌穿入宿主细胞壁时的主要原因子。蛭弧菌穿入 过程完成后,对宿主菌细胞结构进行一系列的修饰和改造,形成一个 适合蛭弧菌生长的环境。蛭弧菌在宿主菌细胞内生长 时,可直接利 用单体前体物质合成生物大分子,从而极大提高其生物的合成速度。 其核酸的合成,是直接利用单核苷酸作前体物质开始合成的途径。同 时蛭弧菌存在胸腺嘧啶脱氧核苷酸合成酶、胸腺嘧啶核 苷磷酸酶及 胸腺嘧啶激酶,具有从头合成 DNA 的潜在能力。
蛭弧菌的裂解机制,蛭弧菌穿入、稳定、裂解,模型较有代表性。 参与这一过程主要的酶包括:聚糖酶、蛋白酶、N-脱酰基酶、酰基转移酶,Brawn 去脂蛋白酶,裂解经修饰的肽聚糖,脂酶,溶菌酶等。
不同的蛭弧菌株对革兰阴性菌中大部分菌株都有裂解作用。如沙门菌属、假单胞菌属、欧文菌属等裂解率为 75%-99.96%。对部分阳性菌也有裂解作用,但枯草杆菌不能被裂解。蛭弧菌不仅对人体病原 菌有裂解作用,而且对动、植物病原菌都有较强的裂解作用。为此人们认为,蛭弧菌可被用来防治人类、动植物病菌所带来的危害。
蛭弧菌对污水的净化作用已证实,它可以清除河水中的沙门菌、不凝集弧菌、大肠杆菌、浮球衣菌等,清除率为 92.8%-97.4%。目前已普遍认为,蛭弧菌可控制或减少致病菌对环境水源的污染,从而预防一些常见疾病和发生,尤其是肠道传染病的发生和流行,保护人体健康。
蛭弧菌对动物是不致病的,对小鼠、豚鼠和家兔等动物无毒性作用,就是用于猴肾、HeLa 细胞培养亦不引起任何细胞病变。蛭弧菌制剂外用有预防动物角、结膜炎的作用。雏鸡口服可防止白痢病的发 生和流行,其效果与抗生素的作用一致。而且对仔鸡有增重作用,一 般为 8.23%-15.66%。蛭弧菌制剂在鱼池中,可净化细菌,减低鱼类细菌病的发病率,且效果也很显著。
1989 年美国蛭弧菌批准在养殖业上使用,1994 年我国批准在动 物上使用。
蛭弧菌是一类细菌寄生菌,具有独特的寄生和溶解宿主细胞的生 物学特征。
噬菌体
噬菌体是一类细菌特异性的病毒,它有典型的病毒形态和结构。 噬菌体对宿主有高度的特异性。噬菌体的作用方式,是以尾鞘吸附到 宿主细胞特定的受点上,向菌体内注射 RNA,并在菌体内复制子代, 最终类似蛭弧菌溶解宿主的方式,释放子代。噬菌体不能在停止新陈 代谢的宿主内生长繁殖。
当噬菌体吸附到宿主菌特异的受点时,噬菌体尾部丝散开,固着 于特异的受点,随之刺突和基板固定在受体上。有的噬菌体为丝状噬 菌体,只吸附在性纤毛上。随后在受点上尾孔端扎入,尾部溶菌酶消 解宿主菌细胞壁的坚固内层,溶成孔洞,尾鞘象肌动球蛋白的作用一 样,收缩、露出尾鞘,伸入宿主菌细胞壁,如同注射器注射动作,将头部的 DNA 注入宿主胞内。ATP 和 dATP 参与这个侵入过程,约有 70%高能 ATP 水解成 ADP 或 dADP,这种能源似与宿主无关。侵入细胞物质仅是核酸,蛋白质外壳留在胞壁外,不参与增殖过程,在核酸注入时,也有极微量的内部蛋白质参与,从吸附到侵入时间短,如 T4 只需 15s。但温度降至 15℃时,则延长至 7min,33℃时需 3min 完成。
噬菌体的 DNA 注入细菌细胞后起作支配作用,大量复制子代噬菌体的 DNA 和蛋白质。合成子代噬菌体的材料来自入侵的个体以及细胞降解物和培养基介质。噬菌体的合成借助于细胞代谢机构,由于本身的核酸物质操纵。当核酸进入宿主细胞后,不能在细胞中找到噬菌体。在增殖的不同时期内,利用人工方法打开宿主菌细胞,发现在增殖前期,已经有噬菌体蛋白质存在,血清学方法证明是尾部蛋白质, 被侵染的宿主菌细胞,开始 DNA 的合成暂时停止,约过 5-6min 后,DNA 的合成速度增加,合成量超过子代所需的量。在细胞内合成噬菌体的 DNA 和蛋白质,装配成完整的噬菌体,最后细胞壁裂解,释放出子代噬菌体。溶菌酶在子代噬菌体释放过程中起一定的促进作用。
噬菌体侵入宿主细胞进行系列合成反应时,宿主菌细胞本身进行了一系列工作,以修复噬菌体侵入所引起的创伤,并加固胞壁的结构,阻止细胞质的继续渗出。噬菌体巧妙地利用宿主菌细胞的“机器”而有效地合成自身。
噬菌体分型技述目前已广泛的被采用。噬菌体分型技术在流行病学追踪传染源方面有独特的作用。如弧菌噬菌体分型、沙门菌噬菌体分型、金葡菌噬菌体分型、白喉杆菌噬菌体分型、绿脓杆菌噬菌体分型等。
噬菌体对宿主细胞的吸附有很强的特异性,有人利用这一特性,用噬菌体治疗某些感染性疾病。如利用绿脓杆菌噬菌体可有效的抑制绿脓菌的感染。用药途径以体表感染外用效果最佳,次之腔道喷雾, 以口服治疗效果最差。
活性生物抗菌物生态制剂
活性生物抗菌物生态制剂是蛭弧菌和噬菌体的混合培养物,是利 用蛭弧菌和噬菌体不同的生物学特性,促进其优势互补。
近年来,有人把微生物生态制剂在动物疾病防治中的生态效应误认为是作用机制,提出“三流运转”、正常菌群与营养关系、菌膜群或屏障作用、优势种群、生物夺氧的理论机制的错误说法。
微生物生态制剂已建立了四条重要的目前国际通用的质量标准。其中生物拮抗、生长促进、防病治病的生态效应是重要的质量指标。
活性生物抗菌物微生物生态制剂是众多的微生物生态制剂的一种,它必须具备生物拮抗、生长促进、防病治病等特定的生态效应。
1、生物拮抗 生物拮抗是活性生物抗菌物微生物生态制剂重要 的生态效应。活性生物抗菌物微生物生态制剂,生物拮抗的生态效应表现在三个方面:第一方面是菌膜群或屏障作用。正常微生物群构成的机体防御屏障包括化学屏障和生物屏障二方面。由微生物的代谢产 物如乙酸、丙酸、乳酸、抗生素和其它活性物质(如酶)等共同组成化 学屏障;而微生物群有序地定植于粘膜、皮肤等表面或细胞之间则形 成生物膜,此即为生物屏障。这些屏障可以阻止病原微生物的定植, 起着占位、争夺营养、互利互生等生物共生或拮抗作用。服用活性生 物抗菌物微生态制剂后,机体能产生生物防御作用。第二方面是优势 种群作用,在正常微生物群中,优势种群参与生存和繁殖的空间、时间、定居部位以及营养素等的竞争,抑制有害菌的生存、繁殖、定居。附着于动物的消化道、呼吸道及皮肤上的有益菌,在代谢过程中产生 挥发性脂肪酸和乳酸,降低肠道内 pH 值;产生过氧化氢,抑制病原菌。少数优势种群对整个种群起着控制作用,一旦失去优势种群,就导致微生态平衡失调。使用活性生物抗菌物微生态制剂的目的就在于补充 或恢复种群优势,使失调的微生态环境达到新的平衡。三方面是生物夺氧作用,活性生物抗菌物微生态制剂中的蛭弧菌在动物体内的生长繁殖,降低肠道内氧分子的浓度,促进了厌氧菌的繁殖,从而使生态环境恢复平衡。
2、生长促进 防病治病 活性生物抗菌物是良好的免疫激活剂,能有效提高干扰素和巨噬细胞的活性,通过产生非特异性免疫调节因子等激发机体免疫,增强机体免疫力和抗病力。还可抑制肠道中腐败 微生物的过度生长和毒性物质的产生,保持肠粘膜的完整性,保证微 生态系统中基因流、能量流和物质流的正常运转。另一方面,肠道内的正常微生物不仅有助于食物的消化,而且还可合成蛋白质和维生素, 从而提高机体的抗病能力。
活性生物抗菌物可作饵料添加剂,随着它们在动物消化道内的繁衍,产生动物生长过程中必需的营养物质,如氨基酸、维生素等。许多肠道有益菌的代谢产物能促进淀粉酶、脂肪酶、蛋白酶、纤维素分解酶、果酸酶的合成,这些酶可促进饲料的消化吸收,提高饲料转化率,促进动物生长和提高体重。
3、以菌制菌 活性生物抗菌物含有蛭弧菌和噬菌体,有吸附和裂解宿主菌细胞的生物学特性。可以以宿主细胞的特定受体作为位点,有选择性的吸附有害细菌,并进行识别、侵染、吸附(攻击)、穿入 宿主细胞、生长发育、裂解宿主、释放子代的全部生命活动。以菌制菌的生态效应是其他任何微生物生态制剂的生产菌株均不具备的,是活性生物抗菌物微生态制剂独特的生态效应。
4、生物降解 净化环境活性生物抗菌物可发挥氧化、氨化、硝化、反硝化、解硫、硫化、固氮等作用,将动物的排泄物、残存饵料、浮游生物残体、化学药物等迅速分解为二氧化碳、硝酸盐、磷酸盐、 硫酸盐等,为单胞藻类生长繁殖提供营养,而单胞藻类的光合作用又为有机物的氧化分解及养殖生物的呼吸提供了溶解氧,构成一个良性的生态循环,维持和营造了良好的生态环境。
饲料禁抗已经开始了一个月了,现在部分养殖户可能还在使 用禁抗之前的饲料,问题不是很突出,但寻找替抗方案已成为大家一致认可的趋势,而微生态制剂在替代抗生素上具有很大的优势。
微生态制剂是一种可通过改变肠道菌群平衡而对动物添加的 微生物饲料添加剂,可以促进动物肠道健康,减少抗生素的使用。
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