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        家蠶抗菌肽的分類及應(yīng)用前景

        2015-03-21 07:00:29楊偉克劉增虎鐘健
        廣西蠶業(yè) 2015年3期
        關(guān)鍵詞:甘氨酸抗菌肽家蠶

        楊偉克,劉增虎,鐘健

        (云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蠶桑蜜蜂研究所,蒙自市 661101)

        家蠶抗菌肽的分類及應(yīng)用前景

        楊偉克,劉增虎,鐘健

        (云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蠶桑蜜蜂研究所,蒙自市 661101)

        家蠶抗菌肽是家蠶先天免疫系統(tǒng)中非常重要的一類效應(yīng)分子,一直是家蠶免疫研究領(lǐng)域的重點(diǎn)和熱點(diǎn)。家蠶抗菌肽具有分子量小、對熱穩(wěn)定、廣譜抗菌的特點(diǎn),近年來倍受人們關(guān)注。目前,家蠶基因組中主要存在7個(gè)抗菌肽基因家族,根據(jù)其結(jié)構(gòu)性質(zhì)主要分為3大類:第一類是富含甘氨酸或脯氨酸的組成性抗菌肽;第二類是具有α-螺旋結(jié)構(gòu)的線性抗菌肽;第三類是富含半胱氨酸的環(huán)形抗菌肽。通過對家蠶抗菌肽的家族分類及其應(yīng)用前景等進(jìn)行簡要綜述,以期為家蠶抗菌肽的深入研究提供參考。

        家蠶抗菌肽;分類;應(yīng)用前景

        抗菌肽(Antibacterial pepetides,AMPs )是生物先天免疫系統(tǒng)體液免疫中的重要效應(yīng)分子,可以直接作用于入侵機(jī)體的病原或病菌,抑制其增殖生長或?qū)⑵渲苯託⑺???咕谋徽J(rèn)為是現(xiàn)有抗生素的最佳替代品,由于其重要的理論及應(yīng)用價(jià)值而成為研究熱點(diǎn)。

        家蠶是一種經(jīng)濟(jì)昆蟲,其基因組測序工作在2003年完成后也被作為一種模式昆蟲被越來越多的人所研究。Cheng等[1]較為系統(tǒng)的分析了家蠶35個(gè)抗菌肽基因,通過比對它們序列的相似性將其分為 7 個(gè)家族:Cecropin、Attacin、Moricin、Gloverin、Lebocin、Enbocin和 Defensin 家族。孫偉等[2]把家蠶抗菌肽類型分為3類:(1)富含脯氨酸或甘氨酸類抗菌肽;(2)兩親性具有α-螺旋結(jié)構(gòu)的線性抗菌肽;(3)富含半胱氨酸類抗菌肽。本文以家蠶為例,以這三大類結(jié)構(gòu)作為主線,簡要闡述了家蠶抗菌肽的分類及應(yīng)用前景。

        1 富含脯氨酸或甘氨酸的家蠶組成性抗菌肽

        1.1 富含甘氨酸類抗菌肽——Gloverin和Attacin

        Gloverin[3]最初是從誘導(dǎo)的惜古比天蠶(Hyalophora cecropia)蛹分離得到,富含甘氨酸,不含半胱氨酸,只抗革蘭氏陰性菌。家蠶Gloverin基因家族有4個(gè)成員(Bmglv1-4),其中3個(gè)(Bmglv1,Bmglv3和Bmglv4)成簇位于第28號染色體上,只有Bmglv2位于第17號染色體上。

        Attacin[4]首先是在1983年從惜古比天蠶中分離出來,富含甘氨酸殘基,只對革蘭氏陰性菌具有抗菌活性。Attacin在家蠶基因組中有2個(gè)成員,分別命名為Bmatt1和Bmatt2,這兩個(gè)基因位于家蠶基因組第6號染色體上。

        1.2 富含脯氨酸類抗菌肽——Lebocin

        林立鵬等[5]研究表明目前家蠶共有4個(gè)Lebocin 基因,Hara等[6]在1995年從免疫的家蠶血液中分離鑒定到3種結(jié)構(gòu)上相近的基因成員,命名為Lebocin1、Lebocin2和Lebocin3;1997年Furukawa等[7]又從家蠶基因組中篩選到一個(gè)新的Lebocin基因,即Lebocin4。

        2 具有α-螺旋結(jié)構(gòu)的家蠶線性抗菌肽

        該類抗菌肽的活性結(jié)構(gòu)具有兩親性,屬于陽離子型抗菌肽。家蠶Enbocin、Moricin和Cecropin屬于這一類型。

        2.1 Enbocin族

        家蠶Enbocin抗菌肽基因是由Kim等[8]1998年從免疫的家蠶cDNA文庫中篩選獲得。家蠶基因組中有2個(gè)編碼Enbocin的基因,盡管由核苷酸序列推導(dǎo)出的氨基酸序列表明Enbocin屬于Cecropin基因家族,但兩者的抗菌譜卻是相反的[9]。

        2.2 Moricin族

        目前家蠶基因組中存在12個(gè)moricin基因,其中4個(gè)編碼MoricinA族,8個(gè)編碼MoricinB族,但這些基因的成熟蛋白部分氨基酸序列的同源性非常低[2],至今還沒有確鑿的證據(jù)證明這些序列是否都具有Moricin的抗菌功能。

        2.3 Cecropin族

        Cecropin族是目前已知昆蟲抗菌肽中活性較強(qiáng)、分布較廣的一類。家蠶基因組中有11個(gè)基因編碼,包括2個(gè)BmcecA,6個(gè)BmcecB,1個(gè)BmcecC,1個(gè)BmcecD和1個(gè)BmcecE[10]。

        3 富含半胱氨酸的家蠶環(huán)形抗菌肽

        富含半胱氨酸的抗菌肽一般具有較強(qiáng)的抗菌活性,家蠶Defensin是這類抗菌肽的典型代表。目前已經(jīng)證實(shí)家蠶基因組中有兩個(gè)Defensin基因:DefensinA和DefensinB;兩者都含有保守的6個(gè)半胱氨酸殘基,但基因分別位于2個(gè)染色體中,氨基酸序列上也只有很少的相似性[11-12]。

        4 家蠶抗菌肽的應(yīng)用前景

        4.1 基因工程生產(chǎn)抗菌肽

        抗菌肽可以通過體外表達(dá)、人工合成和生物提取等三種途徑獲得。其中人工合成和生物提取存在產(chǎn)品純度不高,而成本過高,難以進(jìn)行大規(guī)模的生產(chǎn)應(yīng)用。利用基因工程技術(shù)進(jìn)行抗菌肽的體外表達(dá)為其大量生產(chǎn)開辟了新途徑。李波等[13]對抗菌肽Cecropin及其在轉(zhuǎn)基因植物中的應(yīng)用進(jìn)行了討論,并闡述了轉(zhuǎn)基因植物表達(dá)Cecropin抗菌肽具有應(yīng)用優(yōu)勢和實(shí)用價(jià)值。

        4.2 抗菌肽在醫(yī)藥上應(yīng)用

        眾所周知,與傳統(tǒng)抗生素相比,抗菌肽最明顯的優(yōu)點(diǎn)是不易產(chǎn)生耐藥性,至今還沒有關(guān)于抗菌肽誘導(dǎo)產(chǎn)生耐藥性的報(bào)道,這使得抗菌肽有著傳統(tǒng)抗生素?zé)o法比擬的優(yōu)越性,有望成為新一代的抗菌制劑在未來投入應(yīng)用。趙東紅等[14]的研究表明家蠶抗菌肽CM4對離體U937癌細(xì)胞及其核骨架有明顯損傷作用,而對人體正常白細(xì)胞沒有影響。賈紅武等[15]從家蠶蛹血淋巴中分離純化的抗菌肽β組分對體外培養(yǎng)的人髓樣白血病細(xì)胞K562有明顯殺傷作用。

        4.3 作為動(dòng)物飼料添加劑

        抗菌肽作為飼料添加劑不僅能抑制外源性病原菌,而且能夠促進(jìn)動(dòng)物生長,提高飼料利用率。在斷奶仔豬飼料中添加柞蠶的抗菌肽可減輕斷奶仔豬的腹瀉[16]。何丹林等[17]將蠶抗菌肽AD-酵母制劑應(yīng)用到粵黃雞飼養(yǎng)中,研究發(fā)現(xiàn)該制劑對粵黃雞小腸內(nèi)容物中淀粉酶和蛋白酶活性物不良影響,但卻能夠有效抑制飼料中細(xì)菌的繁殖,提高飼料利用率。

        5 結(jié)語

        目前,對家蠶抗菌肽的研究與應(yīng)用尚處于試驗(yàn)和探索階段,綠色、高效、穩(wěn)定的特點(diǎn)及其獨(dú)特的藥理功能將吸引更多科研工作者的關(guān)注。我國蠶桑資源豐富、飼養(yǎng)技術(shù)成熟、產(chǎn)業(yè)化程度高,把家蠶作為生物反應(yīng)器進(jìn)行抗菌肽的科研與生產(chǎn)具有其他昆蟲無法比擬的優(yōu)勢。

        [1]Cheng T, Zhao P, Liu C, et al.Structures, regulatory regions, and inductive expression patterns of antimicrobial peptide genes in the silkworm Bombyx mori[J].Genomics.2006,87(3):356-365.

        [2]孫偉,沈以紅, 向仲懷,等.家蠶抗菌肽基因研究進(jìn)展[J].蠶業(yè)科學(xué),2009,35(1):196-203.

        [3]Mrinal N, Nagaraju J.Intron loss is associated with gain of function in the evolution of the gloverin family of antibacterial genes in Bombyx mori[J].Journal of Biological Chemistry.2008,283(34):23376-23387.

        [4]Tanaka H, Ishibashi J, Fujita K, et al.A genome-wide analysis of genes and gene families involved in innate immunity ofBombyx mori[J].Insect Biochem Mol Biol.2008,38(12):1087-1110.

        [5]林立鵬,藍(lán)希鉗.家蠶抗菌肽[J]. 蠶學(xué)通訊,2008,27(3):11-17.

        [6]Hara S, Yamakawa M.Moricin,a novel type of antibacterial peptide isolated from the silkworm,Bombyx mori[J].Journal of Biological Chemistry.1995,270(50):29923-29927.

        [7]Furukawa S, Taniai K, Ishibashi J, et al.A novel member of lebocin gene family from the silkworm,Bombyx mori[J].Biochem Biophys Res Commun.1997,238(3):769-774.

        [8]Kim S H, Park B S, Yun E Y, et al.Cloning and expression of a novel gene encoding a new an tibacterial peptide from silkworm, Bombyx mori[J].Biochemical and biophysical research communica tions.1998, 246(2):388-392.

        [9]馬振剛,藍(lán)希鉗,周澤揚(yáng).蠶類抗菌肽異源表達(dá)與應(yīng)用研究進(jìn)展[J].蠶學(xué)通訊,2010,30(2):8-16.

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        [14]趙東紅,張雙全,戴祝英,等.重組家蠶抗菌肽CM4對癌細(xì)胞骨架及核骨架破壞作用的觀察[J].高技術(shù)通訊,2000,10(1):23-27.

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        B;

        1006-1657(2015)03-0066-3

        2015-7-10;

        2015-9-06

        楊偉克(1985—),男,碩士,研究實(shí)習(xí)員,主要從事家蠶免疫與分子生物學(xué)的研究工作。E-mail:WKSUN1985@163.com

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