国家饲料工程技术研究中心在前人研究的基础上，结合我国饲料工业的特点，在国家863计划项目和北京市重大科技计划项目的支持下，依据天蚕素抗菌肽基因工程合成的基本原理，成功构建了可以高效分泌表达天蚕素抗菌肽的枯草杆菌基因工程菌。并通过对枯草芽孢杆菌基因工程菌生长特性和制备工艺的关键条件进行了系统研究，得到了高活性的天蚕素抗菌肽制品。本文主要介绍了由国家饲料工程技术研究中心研制的天蚕素抗菌肽的生物学特性、应用效果及前景等。
国内外研究者对抗菌肽的特性、制备方法及其组成的抗菌肽制剂对畜禽和水产动物生产性能、免疫系统的影响及作用机制已进行了不同程度的研究，也取得了一定的进展。然而，由于抗菌肽天然提取资源有限，工艺复杂，成本昂贵；化学合成肽类则成本更高，产业化困难；基因工程方法存在抗菌肽的抗菌、抗病毒能力使其难以用常用的细菌、病毒作表达体系，抗菌肽分子量较小且容易被蛋白酶水解，分离纯化工艺复杂，基因表达产量还不高等一系列问题，导致抗菌肽类产品还没有作为兽药和饲料添加剂在养殖业和饲料行业大规模应用。国家饲料工程技术研究中心（以下简称“工程中心”）在前人研究的基础上，在国家863计划项目“饲用抗菌肽的高表达工程菌构建”的资助下，依据天蚕素抗菌肽基因工程合成的基本原理，构建了高拷贝的穿梭载体、筛选了非诱导型强启动子和高效Tat分泌途径信号肽、设计合成了枯草杆菌密码子偏好性的CAD基因，成功构建了在枯草杆菌1A747中高效分泌表达的天蚕素抗菌肽的表达载体，表达产物为37个氨基酸、分子量为3.86kD的抗菌肽制品。其后，又在北京市重大科技计划项目（饲用天蚕素抗菌肽产业化关键技术研究与开发）的支持下，攻克了高产天蚕素抗菌肽的产业化生产工艺，包括高密度发酵工艺和膜过滤、浓缩、分离纯化、干燥等工艺技术，成功实现了天蚕素抗菌肽的产业化生产。
一、什么是天蚕素抗菌肽？
天蚕素是世界上发现的第一种抗菌肽，是1980年美国科学家G.Boman等人用阴沟通杆菌及大肠杆菌诱导惜古比天蚕蛹产生的抗菌活性多肽物质，定名为cecropins。该类多肽抗生素一般含有37～39个氨基酸残基，不含半胱氨酸，其N端区域具有强碱性，可形成近乎完美的双亲螺旋结构，而在C端区域可形成疏水螺旋，两者之间有甘氨酸和脯氨酸形成的铰链区，多数多肽的C端被酰胺化，酰胺化对其抗菌活性具有重要作用。此后，人们相继从家蚕、柞蚕、果蝇、麻蝇中分离到了cecropins类抗菌肽。1989年，Lee等人从猪小肠中分高到了cecropin P1，说明了cecropins可能在动物中广泛存在。天蚕素（cecropins）对革兰氏阳性菌、部分革兰氏阴性菌具有很强的杀伤力，而对真菌和真核细胞没有毒性。
天蚕素类抗菌肽具有下面几个优秀的理化特点：
（1）水溶性好，分子量大约为4000道尔顿左右。
（2）对热稳定，在l00℃下加热10～15min仍能保持其活性。
（3）对酸碱的耐受性较强，强酸或强碱处理条件下，天蚕素仍有活性。对较大的离子强度和较高或较低的pH值均具有较强的抗性。
（4）对胃蛋白酶和胰蛋白酶业都具有较好的耐受力。由于这些优点，使得天蚕素在药物和饲料添加剂的开发和应用方面备受青睐。
如何确保天蚕素抗菌肽在饲料中的使用？
饲料添加剂一般要经过饲料加工和动物消化等过程，这对天蚕素抗菌肽制剂提出了更高的要求。“工程中心”根据天蚕素自身特点和饲料加工要求，对其耐酸碱、耐高温及耐蛋白酶水解等特性进行了深入研究，并通过喷雾干燥等后处理工艺增强了天蚕素的抗逆性。保证天蚕素抗菌肽在饲料中顺利使用。
天蚕素抗菌肽是否能达到抗生素的抗菌效果？
“工程中心”委托国家兽药安全评价中心对天蚕素抗菌肽进行全面的安全性评价。经过一年多的急性毒性试验，致畸、致癌、致突变的三致试验，亚慢性毒性试验，慢性毒性试验等国家要求的安全性试验，结果表明，天蚕素抗菌肽未引起死胎，对胎鼠生长发育不产生影响；对大鼠无明显生殖毒性和胚胎毒性；对大鼠无明显亚慢性毒性等；对小鼠的生殖机能无致突变性等。天蚕素抗菌肽作为饲料添加剂使用是十分安全的。
“工程中心”研制的天蚕素抗菌肽制剂通过动物试验表明：断奶仔猪日粮中添加250～500mg/t的天蚕素抗菌肽比添加10％硫酸抗敌素和10％杆菌肽锌日增重提高5.44%-9.69%，饲料转化效率提高5.37%-18.29%，仔猪腹泻率降低9.74%-24.66%；在生长育肥猪日粮中前期添加750g/t，后期添加150g/t天蚕素抗菌肽，与前期添加4%黄霉素375g/t＋15％金霉素667g/t，后期添加4％黄霉素375g/t比，日增重和饲料转化效率作用效果相当，比空白对照组日增重提高6.9%，饲料转化效率提高4.7%。在三黄鸡、白羽肉鸡日粮中添加300g/t天蚕素抗菌肽与添加抗生素比，平均日增重提高3.2％-5.5％，死淘率降低18.7%-39.8%。
抗生素被广泛用作畜禽生长促进剂已有50多年的历史。抗生素在治疗疾病，预防感染，促进动物生长，改善动物健康状况等方面发挥了十分积极的作用。然而由于抗生素的使用具有药残性，抗药性，药效越来越差等缺点，抗生素的禁止使用是必然的趋势。“工程中心”研制的天蚕素抗菌肽是基因工程技术与微生物发酵工程技术有机结合的产物，并以特殊工艺加工制成。体外试验表明，本产品有效抑制了畜禽主要致病菌沙门氏杆菌、大肠杆菌、金黄色葡糖球菌的生长。动物试验表明，在断奶仔猪、生长育肥猪和肉鸡日粮中添加本项目产品与抗生素具有同样的促生长、抗腹泻效果。
2006年我国饲料总产量已经突破1.1亿吨，有关统计表明，尽管在2007年受禽流感以及其他动物疾病的影响，我国饲料总产量仍然达到1.23亿吨。如果有三分之一的饲料添加本产品，年需要添加的饲料为3000万吨，按研究结果，饲料中天蚕素抗菌肽添加量为0.03%计算，每年将需要1.5万吨，经济效益非常可观。而且随着国内外饲料行业的不断发展，养殖业对抗生素替代品的需求量将越来越大。
国内外研究者对抗菌肽的特性、制备方法及其组成的抗菌肽制剂对畜禽和水产动物生产性能、免疫系统的影响及作用机制已进行了不同程度的研究，也取得了一定的进展。然而，由于抗菌肽天然提取资源有限，工艺复杂，成本昂贵；化学合成肽类则成本更高，产业化困难；基因工程方法存在抗菌肽的抗菌、抗病毒能力使其难以用常用的细菌、病毒作表达体系，抗菌肽分子量较小且容易被蛋白酶水解，分离纯化工艺复杂，基因表达产量还不高等一系列问题，导致抗菌肽类产品还没有作为兽药和饲料添加剂在养殖业和饲料行业大规模应用。国家饲料工程技术研究中心（以下简称“工程中心”）在前人研究的基础上，在国家863计划项目“饲用抗菌肽的高表达工程菌构建”的资助下，依据天蚕素抗菌肽基因工程合成的基本原理，构建了高拷贝的穿梭载体、筛选了非诱导型强启动子和高效Tat分泌途径信号肽、设计合成了枯草杆菌密码子偏好性的CAD基因，成功构建了在枯草杆菌1A747中高效分泌表达的天蚕素抗菌肽的表达载体，表达产物为37个氨基酸、分子量为3.86kD的抗菌肽制品。其后，又在北京市重大科技计划项目（饲用天蚕素抗菌肽产业化关键技术研究与开发）的支持下，攻克了高产天蚕素抗菌肽的产业化生产工艺，包括高密度发酵工艺和膜过滤、浓缩、分离纯化、干燥等工艺技术，成功实现了天蚕素抗菌肽的产业化生产。
一、什么是天蚕素抗菌肽？
天蚕素是世界上发现的第一种抗菌肽，是1980年美国科学家G.Boman等人用阴沟通杆菌及大肠杆菌诱导惜古比天蚕蛹产生的抗菌活性多肽物质，定名为cecropins。该类多肽抗生素一般含有37～39个氨基酸残基，不含半胱氨酸，其N端区域具有强碱性，可形成近乎完美的双亲螺旋结构，而在C端区域可形成疏水螺旋，两者之间有甘氨酸和脯氨酸形成的铰链区，多数多肽的C端被酰胺化，酰胺化对其抗菌活性具有重要作用。此后，人们相继从家蚕、柞蚕、果蝇、麻蝇中分离到了cecropins类抗菌肽。1989年，Lee等人从猪小肠中分高到了cecropin P1，说明了cecropins可能在动物中广泛存在。天蚕素（cecropins）对革兰氏阳性菌、部分革兰氏阴性菌具有很强的杀伤力，而对真菌和真核细胞没有毒性。
二、天蚕素抗菌肽具有那些理化特性？
天蚕素类抗菌肽具有下面几个优秀的理化特点：
（1）水溶性好，分子量大约为4000道尔顿左右。
（2）对热稳定，在l00℃下加热10～15min仍能保持其活性。
（3）对酸碱的耐受性较强，强酸或强碱处理条件下，天蚕素仍有活性。对较大的离子强度和较高或较低的pH值均具有较强的抗性。
（4）对胃蛋白酶和胰蛋白酶业都具有较好的耐受力。由于这些优点，使得天蚕素在药物和饲料添加剂的开发和应用方面备受青睐。
三、天蚕素抗菌肽的在动物生产中的应用效果
如何确保天蚕素抗菌肽在饲料中的使用？
饲料添加剂一般要经过饲料加工和动物消化等过程，这对天蚕素抗菌肽制剂提出了更高的要求。“工程中心”根据天蚕素自身特点和饲料加工要求，对其耐酸碱、耐高温及耐蛋白酶水解等特性进行了深入研究，并通过喷雾干燥等后处理工艺增强了天蚕素的抗逆性。保证天蚕素抗菌肽在饲料中顺利使用。
天蚕素抗菌肽是否能达到抗生素的抗菌效果？
天蚕素抗菌肽作为畜禽常用抗生素的替代品，必须具有与抗生素相当的作用效果。其中对畜禽致病菌的抑（杀）作用更为重要。“工程中心”天蚕素抗菌肽选用大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、沙门氏菌作为指示菌与金霉素、吉他霉素、杆菌肽锌和硫酸粘杆菌素等几种猪、鸡中常用抗生素进行对比试验，确定天蚕素抗菌肽的作用效果。试验表明，天蚕素抗菌肽和四种抗生素对金黄色葡萄球菌均抑制作用，其中天蚕素抗菌肽的效果最好，金霉素、硫酸粘杆菌速和吉他霉素的作用效果相当，均好于杆菌肽锌。
四、天蚕素抗菌肽是否是安全的？
“工程中心”委托国家兽药安全评价中心对天蚕素抗菌肽进行全面的安全性评价。经过一年多的急性毒性试验，致畸、致癌、致突变的三致试验，亚慢性毒性试验，慢性毒性试验等国家要求的安全性试验，结果表明，天蚕素抗菌肽未引起死胎，对胎鼠生长发育不产生影响；对大鼠无明显生殖毒性和胚胎毒性；对大鼠无明显亚慢性毒性等；对小鼠的生殖机能无致突变性等。天蚕素抗菌肽作为饲料添加剂使用是十分安全的。
五、天蚕素抗菌肽是否有益于动物生产性能的提高？
“工程中心”研制的天蚕素抗菌肽制剂通过动物试验表明：断奶仔猪日粮中添加250～500mg/t的天蚕素抗菌肽比添加10％硫酸抗敌素和10％杆菌肽锌日增重提高5.44%-9.69%，饲料转化效率提高5.37%-18.29%，仔猪腹泻率降低9.74%-24.66%；在生长育肥猪日粮中前期添加750g/t，后期添加150g/t天蚕素抗菌肽，与前期添加4%黄霉素375g/t＋15％金霉素667g/t，后期添加4％黄霉素375g/t比，日增重和饲料转化效率作用效果相当，比空白对照组日增重提高6.9%，饲料转化效率提高4.7%。在三黄鸡、白羽肉鸡日粮中添加300g/t天蚕素抗菌肽与添加抗生素比，平均日增重提高3.2％-5.5％，死淘率降低18.7%-39.8%。
六、天蚕素抗菌肽在饲料的市场需求与预测
抗生素被广泛用作畜禽生长促进剂已有50多年的历史。抗生素在治疗疾病，预防感染，促进动物生长，改善动物健康状况等方面发挥了十分积极的作用。然而由于抗生素的使用具有药残性，抗药性，药效越来越差等缺点，抗生素的禁止使用是必然的趋势。“工程中心”研制的天蚕素抗菌肽是基因工程技术与微生物发酵工程技术有机结合的产物，并以特殊工艺加工制成。体外试验表明，本产品有效抑制了畜禽主要致病菌沙门氏杆菌、大肠杆菌、金黄色葡糖球菌的生长。动物试验表明，在断奶仔猪、生长育肥猪和肉鸡日粮中添加本项目产品与抗生素具有同样的促生长、抗腹泻效果。
2006年我国饲料总产量已经突破1.1亿吨，有关统计表明，尽管在2007年受禽流感以及其他动物疾病的影响，我国饲料总产量仍然达到1.23亿吨。如果有三分之一的饲料添加本产品，年需要添加的饲料为3000万吨，按研究结果，饲料中天蚕素抗菌肽添加量为0.03%计算，每年将需要1.5万吨，经济效益非常可观。而且随着国内外饲料行业的不断发展，养殖业对抗生素替代品的需求量将越来越大。