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酸化劑對抗生素的替代作用

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酸化劑對抗生素的替代作用

發布日期:2019-05-14 作者: 點擊:

抗生素的抗菌機理:

抗生素等抗菌劑的抑菌或殺菌作用,主要是針對“細菌有而人(或其它高等動植物)沒有的機制進行殺傷,有4大類作用機理:

1)阻礙細菌細胞壁的合成,導致細菌在低滲透壓環境下溶脹破裂死亡,以這種方式作用的抗生素主要是β-內酰胺類抗生素。

2)與細菌細胞膜相互作用,增強細菌細胞膜的通透性、打開膜上的離子通道,讓細菌內部的有用物質漏出菌體或電解質平衡失調而死。以這種方式作用的抗生素有多粘菌素和短桿菌肽等。

3)與細菌核糖體或其反應底物(如tRNA、mRNA)相互所用,抑制蛋白質的合成。以這種方式作用的抗生素包括四環素類抗生素、大環內酯類抗生素、氨基糖苷類抗生素、氯霉素等。

4)阻礙細菌脫氧核糖核酸的復制和轉錄,阻礙DNA復制將導致細菌細胞分裂繁殖受阻,阻礙DNA轉錄成mRNA則導致后續的mRNA翻譯合成蛋白的過程。以這種方式作用的主要是人工合成的抗菌劑喹諾酮類(如氧氟沙星)。

抗生素耐藥性的產生:

與細胞壁或細胞膜作用的兩類抗生素,是以破壞菌體完整性的方式殺死細菌,故可稱為殺菌劑,另外兩類抗生素則是靠抑制細菌大分子合成的方式,阻斷其繁殖,故又可稱之為抑菌劑。

伴隨著抗生素的長期使用,尤其是畜牧業長期以來低劑量、長時間使用,細菌在抗生素生存壓力下,逐漸產生了對耐藥性。

1、產生滅活酶

β-內酰胺酶:對β-內酰胺類抗生素耐藥,使β-內酰胺環裂解而使該抗生素喪失抗菌作用。

氨基苷類抗生素鈍化酶:鈍化酶使后者失去抗菌作用,常見的氨基苷類鈍化酶有乙酰化酶、腺苷化酶和磷酸化酶。

其他酶類:氯霉素乙酰轉移酶——滅活氯霉素;酯酶——滅活大環內酯類抗生素;核苷轉移酶——滅活林可霉素。

2、抗菌藥物作用靶位改變:由于改變了細胞內膜上與抗生素結合部位的靶蛋白,降低與抗生素的親和力,使抗生素不能與其結合,導致抗菌的失敗。

3、改變細菌外膜通透性:通過改變通道蛋白性質和數量來降低細菌的膜通透性而產生獲得性耐藥性。

4、影響主動流出系統:某些細菌能將進入菌體的藥物泵出體外,這種泵因需能量,故稱主動流出系統。

5、細菌生物被膜的形成:細菌生物被膜是指細菌粘附于固體或有機腔道表面,形成微菌落俗稱:生物膜。細菌分泌細胞外多糖蛋白復合物將自身包裹其中而形成的膜狀物。

6、交叉耐藥性:指致病微生物對某一種抗菌藥產生耐藥性后,對其他作用機制相似的抗菌藥也產生耐藥性。

酸化劑

酸化劑抗菌機理:

1滲透殺菌

酸化劑多為弱酸,弱酸在水中存在存在解離和未解離兩種形式,且處于動態平衡狀態,即[HA]?[H]++[A]-。其中未解離的酸化劑分子可以自由擴散穿過細胞膜進入細胞內。分子態酸化劑進入細菌主要與酸化劑分子的大小以及揮發性有關。分子量越小、揮發性的分子越容易進入細菌細胞內部。細菌細胞內pH值為中性,進入細菌內部的酸化劑分子在此解離產生氫陽離子和羧根負離子。H +會降低細菌細胞內pH值,而細菌要維持正常的生命就必須將細胞內pH值保持在7.0左右,因此細菌細胞要通過H+-ATP泵將氫陽離子排到細胞外,這個過程消耗大量的能量(ATP),從而使得細菌失去活力。另一方面,羧根負離子可以抑制細菌細胞核內的DNA和蛋白質的合成過程使得細菌不能繁殖。 

2透化細胞膜

未解離的酸化劑具有不同程度的脂溶性,可與細胞膜和細胞壁中的磷脂分子和脂多糖等成分或作,破壞膜的穩定性。例如Alakomi等用乳酸處理鼠傷寒沙門氏菌,經過電泳檢測發現培養細胞的上清液中脂多糖含量與對照比大幅增加,進一步研究發現乳酸導致細菌脂多糖和甘油酰磷脂大量釋放。細菌外膜中的脂多糖可以阻止大分子酶類和抗生素進入細胞,小分子酸化劑通過外模空島蛋白緊促周質空間,降低脂多糖和磷酸基團質子化,減弱外模間各組分的互作。脂多糖和外膜蛋白組分的解離破壞了外膜的完整性,導致內容物外協,同時促進抗生素類大分子進入細胞內發揮抗菌作用。 

3降低環境PH

未解離的酸化劑進入細胞內部發揮作用,而已經解離的酸化劑則在通過降低細菌外部的PH值來發揮間接的抑制作用。不同的細菌有不同的適宜其生長的環境。微生物有其最適合生長的PH也有其PH耐受范圍,在適合生長的PH范圍內細菌大量繁殖,超出耐受范圍細菌則開始大量死亡。大部分腸道有益菌因為其本身可以產酸,故其對環境酸度的耐受更強。

 

動物胃腸道的PH并不是統一的,在胃部因為胃酸的分泌胃部的PH較低約在2.0~3.5這個范圍之間,而到了腸道腸道本身分泌的大量的富含碳酸氫根的粘液,胃酸被大量中和,腸道的PH一般在6.5~8.0之間。

產道病菌對腸道產生危害主要因為細菌在腸道的數量或比例高了,因此抑菌的最終目的是降低腸道中的病原菌的數量或比例。然而從動物消化道病原菌數量的分布來看,大腸的病原菌最多、小腸次之,而胃中最少。從預防角度考慮,抗菌劑、抑菌劑在胃中發揮抑菌作用的效率是最高的,可以最有效的降低腸道的病原菌。酸化劑通過對胃部PH的調節,達到減少細菌尤其是以大腸桿菌、沙門氏菌為代表的腸桿菌科細菌,雖然也會對腸道益生菌去如乳酸桿菌起到,但是作用較弱。這樣酸化劑就在胃部對進入腸道的菌群的組成進行了調節。

4不同酸化劑對部分病原菌的特異性作用

不同的酸化劑因為其化學結構的不同,導致其對不同種類的細菌擁有不同殺菌抑菌活性。例如丙酸、山梨酸對霉菌的殺滅作用要其他酸化劑而乙酸、乳酸則對霉菌幾乎沒有殺滅作用。并且不同的酸化劑之間還有協同作用,例如甲酸和丙酸、乳酸混合使用的時候其殺菌能力是單獨的甲酸或者丙酸、乳酸的殺菌能力提高3倍以上。


酸化劑霉菌酵母菌革蘭氏陰性菌革蘭氏陽性菌
甲酸+++++++
丙酸++++++
乙酸00++++
乳酸00++0
山梨酸++++++++++
磷酸+++0
檸檬酸00+0
苯甲酸+
++++++
富馬酸00+0


5腸道優勢菌群的間接作用

通過在胃部調節胃部PH,酸化劑可以調節進入腸道內的細菌的組成,減少可以導致腸道內有害菌,尤其是以耐藥性以及廣泛存在的特點困擾養殖業的大腸桿菌、沙門氏菌的含量,優化腸道菌群,使腸道內的優勢菌群例如乳酸菌、丁酸酪菌等益生菌的數量。并且因為酸化劑不完全電離的特性,在腸道后端依然有部分酸化劑以分子的形式來對腸道菌群組成進行調節。

腸道益生菌群在腸道主要起以下作用:

1、生物占位作用  益生菌通過在腸道的定植和腸道致病菌競爭腸道粘膜上的結合位點,減少致病菌在腸道的定植。

2、 生物屏障作用  益生菌在腸道占位成功后,除了會在腸道表面繁殖,并且形成一層保護膜,進一步減少致病菌在腸道的存留以及繁殖。

3、 類抗生素作用  益生菌在繁殖的過程中,會分泌一些生物活性物質,其中一些有效成分可以對致病菌產生類似于抗生素的殺滅作用。

4、 刺激免疫作用  益生菌可以刺激腸道的免疫系統,促進非特異性的抗體蛋白的分泌,同時刺激腸道內免疫細胞的繁殖以及對細菌的敏感性。并且因為細菌抗原物質的同源性,益生菌通過對免疫系統的調節,使得免疫系統的非特異性抗體對細菌的殺菌的殺滅效果更強。

抗生素和酸化劑抗菌原理的比較

抗生素不管是生物發酵還是化學合成都是屬于有機大分子,而他們殺菌、抑菌的機理都是通過對生物大分子來起到作用。細菌在抗生素造成的生存壓力下,耐藥性也是通過對自身生物大分子的改變來或形成產生的。例如為阻止抗生素進入細菌內部,細菌改變了膜蛋白的組成、形成外膜組織抗生素的進入,產生各種酶類來對抗生素進行滅活,使之喪失抗菌活性。

酸化劑尤其是小分子酸化劑,其在電離時酸根離子帶有電荷,此時是不容易進入細菌內部的,進入細菌體內的都是以分子狀態的酸化劑分子通過自由擴散進入細菌體內,分子態酸化劑分子不帶電荷并且其分子量較小,相較于抗生素等大分子物質更加容易通過細胞膜進入細菌內部。細菌是無法通過變異來阻止這個過程的發生的。

酸化劑分子在進入細菌細胞內部后,酸化劑分子開始進行電離,產生一系列對細菌的毒害作用。電離過程細菌無法阻止,只能通過變異來形成耐受,例如很多自身可以產酸的細菌,相對于不產酸的細菌對酸化劑有更強的耐受性。

結語

長期以來抗生素是畜牧養殖乃至人類應對細菌感染的最有效手段,但是細菌對抗生素的耐藥性越來越強,使用效果越來越差。同時隨著生活水品的提高消費者對食品安全、食品抗生素殘留的要求越來越高。抗生素在畜牧行業的使用限制越來越大。

酸化劑與抗生素的殺菌機理有根本上的不同,對細菌依然擁有良好的殺菌效果,也不易使細菌產生耐藥性。同時酸化劑本身是體內生化反應的代謝產物,可以被機體完全吸收利用,也不會產生殘留以及副作用。酸化劑作為一種高效綠色的抗菌劑正在被越來越多的有前瞻性以及社會責任感的畜牧行業有識之士所關注和使用。


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