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(shí)期人們就能夠用蜂蠟作抗菌劑來保存木乃伊。但是,對(duì)天然抗菌劑的開發(fā)一直停留在傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)水平上。近年來,隨著環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng)及生物技術(shù)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(dòng)物源和微生物源[21]。

3.1　植物源天然抗菌劑及其抗菌機(jī)理

目前,植物源抗菌劑是研究多的一類天然抗菌劑。我國(guó)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(guó)外對(duì)植物抗菌劑的相關(guān)研究報(bào)道很多(見表1)。目前對(duì)植物天然抗菌劑的開發(fā)還剛剛起步,對(duì)其抗菌機(jī)理的研究有待深入。

3.2　微生物源天然抗菌劑及其抗菌機(jī)理

微生物自身也可用作抗菌劑。其抑菌機(jī)制有如下幾種:一是分泌抗菌素。Y.Ouhdouch等[39]報(bào)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(duì)酵母、霉菌和細(xì)菌有很強(qiáng)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(chǎn)物daptomycin為脂肽類抗生素,幾乎能夠抑制所有的革蘭陽(yáng)性病原菌,不會(huì)產(chǎn)生交叉抗藥性[40];M.Morita等淀粉芽孢桿菌胞內(nèi)溶素的抗革蘭氏陰性菌活性與結(jié)構(gòu)關(guān)系[41],實(shí)驗(yàn)證實(shí)這種內(nèi)溶素分子鏈的C2端和N2端都與抗菌活性有關(guān)。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(yíng)養(yǎng)和生存空間的競(jìng)爭(zhēng)。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(dǎo)寄主產(chǎn)生抗病性。微生物可以誘導(dǎo)寄主產(chǎn)生防御反應(yīng)或?qū)Σ≡苯蛹纳种撇≡?。四是?duì)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(xì)胞壁的酶[43]。因此,對(duì)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(chǔ)和實(shí)踐指導(dǎo)。

3.3　動(dòng)物源天然抗菌劑及其抗菌機(jī)理

動(dòng)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(duì)金黃色葡萄球菌具有較強(qiáng)的抑制作用[44]。半胱氨酸有極強(qiáng)的抗氧化作用,因而推斷其抑菌作用與抗氧化性有關(guān)。天然肽類抗菌劑,目前已成為抗菌劑的研究熱點(diǎn)。很早以前人們就知道人奶和牛奶中含有抗菌性的物質(zhì),如溶菌酶、乳過氧化物酶等。溶菌酶對(duì)人體安全無副作用,其作用機(jī)制是破壞細(xì)菌細(xì)胞壁肽聚糖中的β21,4糖苷鍵。K.H.Yu等認(rèn)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(diǎn)。殼聚糖是甲殼質(zhì)的脫乙酰產(chǎn)物,可以溶解在許多稀酸中。殼聚糖相對(duì)分子質(zhì)量越小、脫乙酰度越大,溶解度越大。殼聚糖具有較強(qiáng)的抗菌活性,其對(duì)大腸桿菌、枯草桿菌和金黃色葡萄球菌的MIC值達(dá)到(250～500)×10-6。此外,殼聚糖對(duì)植物病原菌也有抑制作用,如1%殼聚糖對(duì)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(rèn)為有以下2種機(jī)理:一種是殼聚糖分子中的-NH3+帶正電性,吸附在細(xì)胞表面,一方面可能形成一層高分子膜,阻止?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)向細(xì)胞內(nèi)運(yùn)輸,

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

類細(xì)菌的主導(dǎo)作用;革蘭氏陰性細(xì)菌,細(xì)胞壁較薄,小分子的殼聚糖可以進(jìn)入其細(xì)胞內(nèi)作用,因此后一種機(jī)理起主導(dǎo)作用。研究結(jié)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(qiáng)。而對(duì)于相對(duì)分子質(zhì)量的影響,目前還未有一致的結(jié)論,其原因一方面是對(duì)殼聚糖相對(duì)分子質(zhì)量在生產(chǎn)過程中不能很好控制,另一方面是因?yàn)椴煌鄬?duì)分子質(zhì)量的殼聚糖對(duì)于不同的菌種有不同的作用效果。一般認(rèn)為,隨著殼聚糖相對(duì)分子質(zhì)量的降低,對(duì)大腸桿菌抑制性增強(qiáng),而對(duì)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(dòng)物提取的生物堿對(duì)革蘭氏陰性和革蘭氏陽(yáng)性菌都有很強(qiáng)的抗菌效果[47]。

4　結(jié)　語(yǔ)

作為一種理想的抗菌劑,應(yīng)該具有即效、廣譜、長(zhǎng)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(jī)的、有機(jī)的,還是天然生物的,都沒有達(dá)到理想的要求?，F(xiàn)有的各類抗菌劑,都具有特有的抗菌機(jī)理,只有在抗菌機(jī)理上作出全面、深層次的研究,綜合各類抗菌劑的特點(diǎn),才能進(jìn)一步改善抗菌劑的有效性。目前,抗菌材料研究在我國(guó)正面臨著重大的機(jī)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(guó)范圍內(nèi)對(duì)抗菌材料研制開發(fā)的極大重視,也是目前日本在這一領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位的重要原因。2003年,我國(guó)遭受到了嚴(yán)重的SARS病毒感染,面對(duì)這樣的災(zāi)害,抗菌材料的研究工作者,從保障人們?nèi)罕姷慕】道娉霭l(fā),如何進(jìn)一步開發(fā)出有效的抗菌劑,如何在更廣闊的領(lǐng)域中使抗菌劑得到應(yīng)用,這必將是我國(guó)今后在抗菌材料領(lǐng)域中面臨的2個(gè)主要的課題。