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出版:课程教育研究杂志社
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我刊入选第二批学术期刊名单
期刊类别:纯教育、G4
国际标准刊号 ISSN 2095-3089
国内统一刊号 CN15-1362/G4
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出版日期:每月25日

我刊投稿论文
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  【摘要】本文主要从昆虫抗菌肽的来源,结构分类,作用机制以及抗菌肽的应用等几方面来探究昆虫中抗菌肽的发展情况,以期待能成为抗生素的优质替代品,在食品,农业,医药领域发挥重要作用。
  【关键词】昆虫 抗菌肽 研究进展
  【基金项目】四川理工学院横向项目(项目编号HX2015018)。
  【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089(2017)34-0245-02
  引言
  1929年弗莱明发现能够抑制细菌生长的青霉素,抗生素这种主要由微生物产生的具有抗细菌、抗病原体、抗真菌等或其它活性的次级代谢产物,在全球范围开始广泛应用。目前已知天然抗生素不下万种,有些抗菌素已能人工合成。抗生素虽然在疾病的预防治疗、食品的保存、养殖业等方面起到了积极的社会效应,但由于抗生素的滥用导致了致病菌耐药性的加速进化,耐药基因对环境细菌产生迁移和污染,使得耐药的超级细菌逐渐增多,原有抗生素失效;并且抗生素本身具有一定毒性,长期使用会抑制人体骨髓造血机能、器官损伤和衰竭等危害。另外耐药细菌越来越多的出现,导致了抗生素的研发跟不上耐药细菌的诞生速度等。这些问题使得开发新型的绿色安全的抗菌物质来替代抗生素迫在眉睫。
  抗菌肽(antimicrobial peptides—AMPs)最早是1975年由瑞典科学家Boman等从天蚕血液淋巴中发现的,也称作天蚕素。目前报道发现的抗菌肽有上千种,抗菌肽来源于植物、哺乳动物、昆虫和鱼类等多种生物。抗菌肽是细胞内的一类小分子多肽,其来源广泛,抗菌活性高、抗菌谱广、不易产生抗药性、结构稳定、易溶于水、对高等生物无毒害、体内无残留可降解作用等这些优点是非常理想的抗生素替代物,是近年来的研究热点。
  昆虫在地球上分布广泛,种类繁多。许多昆虫都能携带能致使人类感染和产生疾病的病毒,细菌等有害物质,但是昆虫本身确能免疫这些物质。研究发现昆虫不具有高等动物的B细胞、T细胞完善的免疫系统,但昆虫血淋巴细胞中能产生的一类小分子多肽——抗菌肽,具有高效和强大的免疫作用,是昆虫体液免疫体系的重要成分;另外昆虫繁殖能力强,有易于获得和培养故从昆虫中分离有益抗菌肽的机率非常大,目前是生命科学研究的热点[1]。本文从昆虫抗菌肽的来源、结构及分类、作用机制、应用特性等方面进行综述。
  一、昆虫抗菌肽的来源
  昆虫抗菌肽是一类天然的抗菌肽,目前已经有研究报道在鳞翅目,如大蜡螟、烟草天蛾、惜古比天蚕等;双翅目,如黑腹果蝇、拟果蝇、家蝇;鞘翅目,如大黑甲、长角天牛、蜣螂等;膜翅目,如金小蜂、意大利蜜蜂、黄蜂等;半翅目,如锥蝽、马利筋长蝽、无翅红蝽等;同翅目,如飞虱;蜻蜓目,如蓝晏蜓;等翅目,如白蚁等昆虫中发现了抗菌肽。其中鳞翅目和双翅目中发现的抗菌肽占比最大。
  二、昆虫抗菌肽的结构及分类
  不同昆虫中的抗菌肽也有所不同。但总的来说昆虫抗菌肽普遍具有:(1)部分抗菌肽相对分子质量小于1.0×104;(2)氨基酸组成数目一般少于60个,极少数有上百个;(3)大部分带正净电荷;(4)易溶与水和脂类;(5)具有较好的热稳定性[2]。
  根据其氨基酸的组成和结构特点,抗菌肽根据其结构主要可以分为3大类:(1)α-螺旋抗菌肽;(2)环型抗菌肽,包括头尾封闭的环型抗菌肽和头尾不封闭,但是分子结构中存在二硫键的环型抗菌肽;(3)分子结构中含有大量特殊氨基酸(如脯氨酸、甘氨酸)的抗菌肽。
  具体细分为四大类:由线性α-螺旋带正电荷的天蚕素族、富含半胱氨酸的抗菌肽族又称昆虫防御素、富含脯氨酸的抗菌肽族、富含甘氨酸的抗菌肽族。
  1.天蚕素类,最早从天蚕淋巴血中分离出来的,分子内部含有两性分子的α-螺旋结构,含不超过40个氨基酸残基,具有保守氨基酸残基。对G+菌和部分G-菌有杀伤活性,其对各种大肠杆菌和其他菌如沙门氏菌具有很强的活性,但对霉菌和其他真核细菌无细胞毒性作用,广泛存鳞翅目昆虫中;
  2.昆虫防御素,含有40个左右的氨基酸残基,富含半胱氨酸是其显著特点,结构中有二硫键在抗菌过程中起到关键作用,结构与动物和某些植物的防御素相似。其对G+菌抑制作用强,有些也能抑制真菌,对G-菌无作用或抑制作用较小,广泛分布于半翅目、双翅目等昆虫中;
  3.富含脯氨酸的抗菌肽,由约15~34个氨基酸残基组成,富含脯氨酸和精氨酸,脯氨酸含量占25%以上,与某些哺乳动物的抗菌多肽結构相似。一类无取代基,另一类有0-糖基化。该类抗菌肽主要抑制G-菌。广泛分布在双翅目、半翅目、鞘翅目、膜翅目等昆虫中;
  4.富含甘氨酸的抗菌肽,分子量为8~30KD,可发生O-糖基化其一级结构富含大量甘氨酸,且位置高度保守,无半胱氨酸,热稳定性好。该类抗菌肽主要抑制G-菌,广泛存鳞翅目和双翅目昆虫中。
  三、抗菌肽的作用机制
  昆虫抗菌肽的抗菌作用机制目前还不太清楚,主要有以下几种假说[3]:
  1.离子通道学说,该学说认为抗菌肽作用于微生物细胞膜上,形成离子通道或孔道,进而起到抑菌杀菌作用。主要是在研究天蚕素发现的,研究发现天蚕素A上的α-螺旋上的正电荷能通过静电作用与细菌细胞质膜磷脂分子上的负电荷结合,抗菌肽分子中的疏水键和两性α-螺旋随即插入质膜中,使质膜上蛋白质与脂质原有的排列顺序遭到破坏,多个抗菌肽分子相互聚集形成跨膜离子通道或引发膜蛋白凝集失活,进而引起细胞内渗透压失衡,最终导致细菌的死亡。还有研究发现天蚕素A结合到大肠埃希菌细胞膜后能够形成孔洞引发细胞内溶物大量渗出,最终导致菌体死亡。
  2.抑制细胞呼吸学说,国外研究从刺肩蝽体内分离得到昆虫防御素类抗菌肽,发现其对细菌和真菌都具有较强的抗菌活性,没有导致细胞膜破坏但可导致细菌细胞呼吸作用受到抑制。

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