抗菌劑和抗菌機理

摘要:劑包括無機、有機和天然生物劑三大類型。無機抗菌劑以新型光催化型和載銀的納米複合型抗菌材料為(wei) 主要發展趨勢, 其中光催化型無機抗菌劑依賴光致激發的強氧化自由基而起殺菌作用; 載銀等金屬離子型抗菌劑通過與(yu) 活性基團如巰基鍵合或置換金屬離子輔基等方式使微生物的生命活性物質失活而起抗菌作用。有機抗菌劑則以開發專(zhuan) 效於(yu) 生物分子(如微生物代謝酶、膜受體(ti) 等) 的抗菌劑為(wei) 其拓展方向,其通過作用於(yu) 細胞壁和細胞膜係統、生化反應酶、遺傳(chuan) 物質等達到抗抑或殺菌作用。天然生物抗菌劑可來源於(yu) 所有生物體(ti) ,主要包括多糖、多肽及糖肽聚合物類物質, 是未來抗菌材料的主要發展方向;它們(men) 作用於(yu) 微生物胞外結構層或酶等生物活性物質,影響微生物的運動、跨膜物質運輸或生化反應等。不同的抗菌劑對同一種病原菌有不同的抗菌作用機理和有效性,同一種抗菌劑對於(yu) 不同的病原菌也有不同的抗菌作用機製和抑製範圍;得到既長效又廣譜、既高效又安全的抗菌劑,對其抗菌機理的研究十分重要。

　　自然界的有害細菌、真菌和病毒等微生物是使人類遭受傳(chuan) 染、誘發疾病的主要原因。在公元14 世紀中期引起歐洲三分之一人口死亡的黑死病和20世紀初致使全世界2000 多萬(wan) 人死亡的流感;在日本全國範圍內(nei) 的病原性大腸杆菌“O2157”、英國的“瘋牛病”,“口蹄疫”、美國的“炭疽病”和2003 年春夏出現的嚴(yan) 重急性呼吸道感染綜合症(SARS) ,這些傳(chuan) 染病都與(yu) 病原微生物有直接的關(guan) 係。

隨著生活水平的提高,人們(men) 對生存環境的要求也越來越高。由此,抗菌材料的生產(chan) 已成為(wei) 一個(ge) 新興(xing) 的產(chan) 業(ye) ,世界各國對抗菌劑的研究更加重視。

抗菌材料是具有殺菌、抑菌性能的新型功能材料。它是通過加入的抗菌劑而起作用的。抗菌劑可分無機、有機和天然生物抗菌劑3 種類型。由於(yu) 不同的抗菌劑對同種病原菌的抗菌作用機理和有效性的不同,以及同種抗菌劑對於(yu) 不同的病原菌的抗菌作用機製和抑製範圍也不同,因此,要研究出既長效又廣譜、既高效又安全的抗菌劑,對抗菌機理的研究十分重要。

1 　無機劑及其抗菌機理

無機抗菌材料是20 世紀80 年代中期發展起來的一類抗菌材料,具有耐熱性、持久性、連續性和安全性等優(you) 點,但存在一些缺點,如銀係抗菌劑,防黴作用較弱、添加量較大、成本較高、易變色等缺點。目前對無機抗菌材料的應用研究主要涉及金屬元素抗菌劑、光催化材料抗菌劑和納米材料抗菌劑,主要應用於(yu) 紡織、塑料、塗料及陶瓷等方麵。

1. 1 　金屬元素材料及其抗菌機理

1. 1. 1 　金屬元素抗菌劑

此類抗菌劑為(wei) 金屬及其化合物,主要是Ag ,Cu ,Zn 等元素,它們(men) 的抗菌性能(針對廣譜抗菌性) 依次減弱,其中Ag 的抗菌性約為(wei) Zn 的抗菌性的1000倍。將這些金屬或其化合物與(yu) 沸石、玻璃、磷灰石、磷酸鈣、磷酸鋯等無機多孔性載體(ti) 礦物通過離子交換或吸附作用共同合成抗菌材料, 其中銀係抗菌劑已得到廣泛應用。在實際應用中,無機抗菌材料采用多種無機金屬複合劑。有專(zhuan) 利報道了AB2O4 形式的複合抗菌劑[1 ] ,其中A 是二價(jia) 金屬Mg , Zn , Mn ,Ni , Co 或Fe 離子,B 是三價(jia) 金屬Al , Cr , Mn 或Fe離子,O 是氧元素,這些抗菌劑塗布於(yu) 多孔蜂窩形的製品(由粘土、氧化矽等混合物組成) ,使其具有良好的抗菌性能。關(guan) 於(yu) 聚亞(ya) 胺酯膜的抗菌性能[2 ] ,添加的抗菌劑是含Ag + 的交換樹脂,應用結果表明其具有很強的抗菌作用。銀係抗菌劑使用安全。含銀係抗菌劑15 %的尼龍612 ,可製成抗菌性較強的尼龍牙刷絲(si) [3 ] 。AIM公司研製的商品名為(wei) Real Earth 的含銀鼇合物的膠體(ti) 抗菌劑,在醫學上能安全地作為(wei) 消炎藥而無副作用。又如氨基酸銀,以蛋白質的組成物質氨基酸作為(wei) 載體(ti) ,具有與(yu) 有機高分子聚合物質相溶性好、疏水性好的優(you) 點,對人體(ti) 安全,對環境友好。

1. 1. 2 　金屬元素機理

金屬元素以其離子形式起抗菌作用。在金屬離子濃度相對過高的環境中,微生物生存受到的影響是多方麵的。首先,微生物膜外存在高濃度的金屬陽離子,改變了正常的生物膜內(nei) 外的極化狀態,並引起新的離子濃差,從(cong) 而阻礙或破壞細胞維持生理所需的小分子和大分子物質的運輸,如在Na + / K+2泵的驅動作用下糖和氨基酸的運送,一些金屬離子也可以進入微生物胞內(nei) 。實驗結果證明,重金屬能使大多數酶失活,但其失活機理還不清楚。有人認為(wei) 是正價(jia) 的重金屬離子與(yu) 蛋白質的N 和O 元素絡合後,破壞酶蛋白分子的空間構象;也可能是重金屬離子與(yu) –SH基反應,替換出質子,甚至破壞或置換維持酶活力所必需的金屬離子,如Mg2 + ,Fe3 + 和Ca2 + 等。酶是一切生物的催化劑,控製著微生物生化反應,酶一旦失活,引起催化效率降低或性能喪(sang) 失,從(cong) 而使其所催化的生化反應無法正常進行,並影響相關(guan) 的生化反應,導致微生物的能量代謝和物質代謝受阻,從(cong) 而達到抗菌的目的。此外,進入細胞內(nei) 的金屬離子也可以與(yu) 核酸結合,破壞細胞的分裂繁殖能力。對於(yu) Ag + 的抗菌機理,目前主要有2種觀點,一種是認為(wei) Ag + 直接與(yu) 細菌接觸,抑製和殺滅細菌。有報道認為(wei) [4 ,5 ]Ag + 的殺菌作用直接與(yu) Ag + 從(cong) 其配體(ti) 中溶出有關(guan) 。張文征等認為(wei) Ag + 可強烈地結合酶蛋白的巰基而使酶失活是抗菌的主要原因[6 ] 。肅耀南等提到金屬離子從(cong) 配位體(ti) 中緩慢釋放出來殺菌效果[7 ] ,可是缺乏釋放動力學實驗數據。作者認為(wei) ,在這種情況下,不能排除其表麵絡合狀金屬離子(未離開基質) 仍有抗菌活性。由於(yu) Ag + 未飽和的配位能力與(yu) 菌體(ti) 表麵的N 或O 作用,破壞菌體(ti) 表麵活性結構,導致菌體(ti) 因生理變化或活動受阻而死亡。Y.Onodera等認為(wei) 在水鋁石載體(ti) 中不溶態銀發揮了優(you) 於(yu) 沸石銀的抗菌效果[8 ] 。另有研究者認為(wei) ,Ag + 的抗菌活性是間接地通過在其周圍產(chan) 生活性氧而發揮

Y. Inoue 等認為(wei) [9 ] ,短時間接觸時,銀沸石的抗菌活性隻能在有溶解氧情況下才能發揮,Ag + 可使氧活化為(wei) 過氧離子、過氧化氫和氫氧自由基而起到殺菌作用。作者認為(wei) 上述關(guan) 於(yu) Ag + 的抗菌機理的2種觀點都有道理。1. 2 　光催化抗菌材料及其抗菌機理1. 2. 1　氧化鈦抗菌劑目前, 光催化抗菌劑主要有TiO2 , ZnO , CdS ,WO3 ,SnO2 和Fe2O3 等N型半導體(ti) 金屬氧化物,其中TiO2 的氧化活性較高,穩定性也較強,對人體(ti) 無毒。TiO2 晶體(ti) 在光線照射下,短時間內(nei) 就能完全殺死與(yu) 其接觸的微生物,具有與(yu) 金屬離子相似的優(you) 點,見效快,耐久,無二次汙染。將具有滅菌作用的銀、銅、鋅等離子,以及其無機鹽形式和TiO2一起加入到陶瓷的釉料中製得的陶瓷,是家庭、賓館、醫院等所用衛生設施的理想陶瓷。在建築物的屋頂和外牆上,醫院手術台和牆壁上常附著細菌,如果塗刷光催化TiO2 塗層或牆磚,在陽光或室內(nei) 弱光照射下,細菌能很快被消滅。

1. 2. 2 　氧化鈦機理

TiO2 的禁帶寬為(wei) 3. 2 eV ,它吸收了波長小於(yu) 387. 5 nm 的近紫外光波後,價(jia) 帶中的電子就會(hui) 被激發到導帶,形成帶負電荷的高活性電子,同時在價(jia) 帶上也產(chan) 生帶有正電荷的空穴。在電場作用下,電子2空穴對發生分離而遷移到TiO2 表麵上的不同位置。分布在TiO2 表麵的空穴與(yu) 吸附在表麵的OH- 和H2O 氧化成•OH 自由基。而高活性電子則具有較強的還原能力,可將TiO2 表麵的氧還原成O-2 ,也可將水中的金屬離子還原。•OH 自由基的氧化能力最強可不加選擇地使有機物全部氧化降解,包括穿透細胞膜,破壞膜結構使細菌、病毒和癌症細胞分解,又能降解細胞產(chan) 生的毒素(這是一般抗菌劑不能比擬的) [10 ] 。由於(yu) TiO2可以作用於(yu) 一切有機物質,因此,它的抗菌譜比金屬離子的抗菌譜更廣。

1. 3 　納米抗菌劑及其抗菌機理

1. 3. 1 　納米劑

納米粒子是一種介於(yu) 固體(ti) 與(yu) 液體(ti) 間的亞(ya) 穩定中間態物質。納米材料具有表麵效應、體(ti) 積效應、量子尺寸效應和宏觀量子隧道效應等特點,呈現出奇特的物理和化學特性,具有許多新的功能和廣泛的應用前景。具有抗菌功能的納米材料,根據殺菌機理的不同,可分為(wei) 2 類:一類為(wei) 載有Ag + 的納米材料;另一類為(wei) 載有TiO2 等材質的納米材料。載銀納米抗菌材料包括載銀矽酸鹽和載銀磷酸鹽等。其中載銀矽酸鹽係抗菌劑主要用於(yu) 低溫加工的纖維、塑料等產(chan) 品;載銀酸磷鹽係抗菌劑主要用於(yu) 高溫加工的陶瓷產(chan) 品,其製備原理是:利用納米載體(ti) 材料的多微孔結構, 采用特定的陽離子交換法將Ag + 交換進納米載體(ti) 的微孔中,然後采用使Ag + 在微孔中低溫脫水和高溫穩定等工藝技術,使其成為(wei) 納米載銀抗菌材料[11 ] 。納米TiO2 無毒,無味,無刺激,熱穩定性與(yu) 耐熱性強,不燃燒,自身為(wei) 白色。納米TiO2 還有以下優(you) 點[12 ] :一是即效性好,如銀係抗菌劑的效果約需24 h發生,而TiO2 的抗菌效果僅(jin) 需1 h ;二是TiO2 是半永久維持抗菌效果的抗菌劑,不像其他抗菌劑會(hui) 隨著溶出而效果逐漸下降;三是安全性高,TiO2 可用於(yu) 食品添加劑中,TiO2 與(yu) 皮膚接觸對皮膚無不良影響。因此,近年來超微細TiO2 廣泛用作各行業(ye) 的抗菌劑。

1. 3. 2 　納米抗菌材料機理

納米載銀抗菌材料(包括載銀矽酸鹽和載銀磷酸鹽等) 的抗菌機理與(yu) 無機銀係的抗菌抗菌機理類似,主要依賴於(yu) 銀元素的強抗菌活性。關(guan) 於(yu) 納米級的載銀抗菌劑具有的特別抗菌機理的研究, 目前未見報道,但納米級載銀材料確實具有更好的抗菌效果。劉維良報道[11 ] ,把含微米磷酸三鈣載銀抗菌劑(平均粒徑為(wei) 1. 3 μm) 的釉料與(yu) 含納米磷酸鋯載銀抗菌劑(平均粒徑為(wei) 97. 8 nm) 的釉料(其中抗菌劑的質量分數都為(wei) 2 %) 進行了抗菌效果比較實驗,結果表明:納米級抗菌劑的最小抑菌濃度隻有微米級的最小抑菌濃度1/ 4 (實驗菌種選取的是大腸杆菌、葡萄球菌、白色念珠菌) 。由於(yu) 載體(ti) 納米化,抗菌材料具有更大表麵積, 對微生物有更強的吸附作用,從(cong) 而可以有更好的抗菌效果。同載銀抗菌劑類似, TiO2納米化後也表現出更高的抑菌活性。汪大林發現超細TiO2 能殺滅S. mulans株AHT(血清型) ,同時還能殺滅倉(cang) 鼠屬鏈球菌SH26、鼠屬鏈菌FA21 和粘性放線菌ATCC219246[13 ] 。此外,TiO2 粒度越細、分散性越好、比表麵積越大,則殺菌效果越好。但是,由於(yu) 有的細胞壁對光催化反應敏感,有些細菌則對這種反應具有防護作用,超細TiO2 對不同的細菌有不同的殺菌作用。

2 　有機抗菌材料及其抗菌機理

2. 1 　有機抗菌劑

目前有機抗菌劑仍在抗菌係列產(chan) 品中占主導地位,廣泛應用於(yu) 塑料、塗料、纖維、紙張、橡膠、樹脂、木材、建材、醫療以及水處理等等。其優(you) 點是殺菌力強,即效好,種類多,缺點是毒性大,耐熱性較差,易遷移、可能產(chan) 生微生物耐藥性等。近年來無機抗菌劑和天然抗菌劑受到重視,並有大量產(chan) 品進入市場,而有機抗菌劑的研究開發差不多處於(yu) 停頓狀態,市場需求下降。有機抗菌劑種類多達500 多種,但常用的隻有幾十種。有機抗菌劑主要有[14 ] : 有機金屬類,如五氯酚鋅;有機鹵代物,如五氯酚鈉;醇、酚、醚類,如乙醇、對硝基苯酚、乙二醇2甲基醚等;醛、酮、醌類,如戊二醛、鄰羥基環戊烯二酮、四氯對醌;酸及鹽類,如山梨酸;酯類,如富馬酸二甲酯;腈類,如百菌清;胍類,如氯已啶;有機硝基化合物類,如呋喃西林;有機磷及有機砷類,如月桂胂。此外,還有呋喃類、吡咯類、咪唑類、噻唑啉類、苯並呋喃類、苯並噻唑類等雜環類抗菌劑。這些抗菌劑據其用途,又可分為(wei) 殺菌劑、防腐劑和防黴防藻劑。殺菌劑是指可效地殺死微生物的抗菌劑,主要有季銨鹽、乙醇、雙胍類化合物等,常用於(yu) 機器表麵和皮膚除菌、食品加工廠和餐館殺菌,水處理等;防腐劑是指可防止、減緩有機質的腐敗變質的抗菌劑,常見有甲醛、有機鹵素化合物及有機金屬等,常用於(yu) 家庭用品、水處理及船泊等;防黴防藻劑是指防止材料、物體(ti) 長黴生藻變質的抗菌劑,主要有吡啶、咪唑、鹵代烷及碘化物等,常用於(yu) 塗料、壁紙、塑料、薄膜及皮革等。

2. 2 　有機劑的抗菌機理

一般認為(wei) 有機抗菌劑的作用機理可歸納以下3個(ge) 方麵:一是作用於(yu) 細胞壁和細胞膜係統;二是作用於(yu) 生化反應酶或其他活性物質;三是作用於(yu) 遺傳(chuan) 物質或遺傳(chuan) 微粒結構。季銨鹽類可吸附帶負電細菌,引起胞壁結構損害,使內(nei) 容物漏出。醇類殺菌機製是去除細菌胞膜中的脂類,並使菌體(ti) 蛋白質變性,其中乙醇最常用,其濃度為(wei) 70 %～75 %時殺菌力最強,濃度過高時能使菌體(ti) 表麵蛋白質迅速凝固,殺菌效力反而下降。雙胍類殺菌劑常用的有氯已啶,其濃度低時破壞菌細胞膜,使胞質內(nei) 容物漏出;濃度高時使菌體(ti) 蛋白質凝固。此外,季銨鹽也具有抑製細菌脫氫酶、氧化酶等作用。防腐劑主要通過抑製微生物的能量代謝而起作用。在下述幾種情況時防腐劑能具有較強的抗菌防腐活性:一是抗菌劑分子中具有一定空間自由度的α,β2不飽和羰基結構;二是抗菌活性中心與(yu) 微生物生命分子功能域能發生直接碰撞接觸;三是抗菌劑具有合適的親(qin) 疏水性,以作用於(yu) 細菌表麵或滲入細胞內(nei) 特異組織;四是抗菌劑不易被酶促降解,同時對生化過程中酶的抑製譜較寬[15 ] 。防黴、防藻劑的作用機理可歸納為(wei) 使2SH 酸化破壞,代謝受阻,DNA 合成受阻[16 ] 。雙乙酸鈉是一種高效、廣譜抗菌防黴劑,尤其對黃曲黴素具有較強的抑製作用,它通過滲透微生物細胞壁,幹擾細胞內(nei) 各種酶體(ti) 係的生成,可以高效抑製十多種黴菌素和多種細菌的滋生和蔓延。吡啶鹽具有利用其吡啶鹽功能基團與(yu) 細菌之間的靜電相互作用(即生態捕捉作用) 的功能[16 ] 。苯並咪唑類幹擾病原菌的有絲(si) 分裂中紡綞體(ti) 的形成,從(cong) 而影響病原菌的細胞分裂過程。喹諾酮滲進細菌細胞內(nei) 抑製DNA 旋轉酶, 這種酶能保持DNA 的超螺旋結構[17 ] 。C.Miskolci 等研究了異苯嗪的抗菌機理[18 ] ,表異苯嗪和其他的吩噻嗪優(you) 先結合到黃嘌呤類型分子上,在黃嘌呤中,與(yu) GMP 結合比與(yu) AMP 結合更容易。因此,在質粒DNA 上富含G2C 的區域比富含A2T 的區域與(yu) 吩噻嗪類有更大的結合力。在抗菌方麵,這種藥物在這些區域起著極其重要的作用吡咯類抗菌劑來源於(yu) 天然產(chan) 物硝吡咯菌素,是非內(nei) 吸性的廣譜抗菌劑。其作用機理是通過抑製葡萄糖磷酰化有關(guan) 的轉移酶,並抑製真菌菌絲(si) 體(ti) 的生長,最終導致病菌死亡。因其作用機理獨特,故與(yu) 現有抗菌劑無交互抗菌性。嘧啶胺類具有獨特的作用機理,即抑製病原菌蛋白質分泌,包括降低分解酶水平。分析認為(wei) 這些酶與(yu) 病原菌進入寄主植物並引起寄主組織的壞死有關(guan) ,無交互抗性。對於(yu) 醛類,有人認為(wei) 其殺菌活性可以用烷基化反應解釋,有人認為(wei) 2 個(ge) 醛基的存在是必要的[19 ] ,二醛的殺菌能力與(yu) 鏈長有關(guan) ,鏈長增加,殺菌活性降低,但戊二醛的殺菌機理例外[20 ] ,被認為(wei) 是蛋白質的交聯作用。這種交聯主要是醛基與(yu) 氨基反應,其他活性基如巰基、亞(ya) 胺基也可參與(yu) 交聯。戊二醛首先作用於(yu) 外層胞膜,改變細胞的滲透性,破壞酶係統,抑製DNA ,RNA 和蛋白質的合成。嘌呤類,如抗艾滋病藥Abacavir ,商品名為(wei) Zia2gen ,化學名為(wei) IS2順2(2’2 氨基26’2 (環丙胺)29’H2嘌呤29’2 基)222環戊烯212甲醇,由英國Glaxo2wellcome有限公司生產(chan) ,於(yu) 1999 年5 月在美國上市。該藥是核苷類逆轉錄酶抑製劑,通過抑製HIV 逆轉錄酶,引起DNA 鏈斷裂,從(cong) 而阻止病毒複製。

含鹵素的抗菌劑按其鹵原子的性質和作用可分為(wei) 活性氧化型和共價(jia) 穩定型2 大類。前者在使用時會(hui) 分解出活性原子,主要以氧化作用殺菌;後者則屬於(yu) 鹵代化合物,其鹵原子隻是起改性作用。由於(yu) 大多數有機抗菌劑能夠幹擾細胞的基因表達及相關(guan) 酶係統,因此在抑製有害微生物的同時,對其他生物體(ti) 細胞也具有毒性。這是阻礙有機抗菌劑材料發展的主要原因。提高有機菌材料及其廢棄物(即成為(wei) 環境友好生態材料) 的安全性比較困難。就當前研究與(yu) 應用,人們(men) 在尋求低毒的有機抗菌劑的同時,應致力於(yu) 高效低毒的無機抗菌劑以及可降解的環境友好性的天然生物抗菌劑的研究。其次,綜合各類抗菌劑的優(you) 點,研製複合抗菌材料已成為(wei) 研究的熱點。

3 　天然生物劑及其抗菌機理

天然生物抗菌劑來源於(yu) 自然界,人們(men) 通過提取、純化獲得,資源極其豐(feng) 富。天然生物抗菌劑是最早為(wei) 人們(men) 所利用的抗菌劑,古埃及時期人們(men) 就能夠用蜂蠟作抗菌劑來保存木乃伊。但是,對天然抗菌劑的開發一直停留在傳(chuan) 統經驗水平上。近年來,隨著環保意識的加強及生物技術研究水平的迅速提高,天然抗菌劑越來越受到重視。根據天然生物抗菌劑來源的不同,可將其分為(wei) 植物源、動物源和微生物源[21 ] 。

3. 1 　植物源天然抗菌劑及其抗菌機理

目前,植物源抗菌劑是研究最多的一類天然抗菌劑。我國傳(chuan) 統的中草藥有著悠久的曆史,這一類抗菌劑資源開發潛力巨大,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。國外對植物抗菌劑的相關(guan) 研究報道很多(見表1) 。目前對植物天然抗菌劑的開發還剛剛起步,對其抗菌機理的研究有待深入。

3. 2 　微生物源天然劑及其抗菌機理

微生物自身也可用作抗菌劑。其抑菌機製有如下幾種:一是分泌抗菌素。Y. Ouhdouch等[39 ]報道了從(cong) 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,對酵母、黴菌和細菌有很強的抑製作用。G. M. Thorne 等通過研究發現鏈黴菌roseosporus 的發酵產(chan) 物daptomycin 為(wei) 脂肽類抗生素,幾乎能夠抑製所有的革蘭(lan) 陽性病原菌, 不會(hui) 產(chan) 生交叉抗藥性[40 ] ;M. Morita 等澱粉芽孢杆菌胞內(nei) 溶素的抗革蘭(lan) 氏陰性菌活性與(yu) 結構關(guan) 係[41 ] ,實驗證實這種內(nei) 溶素分子鏈的C2端和N2端都與(yu) 抗菌活性有關(guan) 。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(lan) 氏陰性菌的外膜而中和脂多糖(L PS) 毒性。二是參與(yu) 營養(yang) 和生存空間的競爭(zheng) 。通過占有生表1 　植物源天然生物抗菌劑舉(ju) 例銀杏[38 ] 種子甲醇葡萄球菌、假單孢菌及大腸杆菌存在活性存空間、消耗氧氣等削弱以至消除同一生存環境中的某些病原物。三是誘導寄主產(chan) 生抗病性。微生物可以誘導寄主產(chan) 生防禦反應或對病原菌直接寄生而抑製病原菌。四是對病原菌直接作用。L. L. Wilson 等發現木黴和酵母能寄生在病原菌上,並分泌一種能破壞真菌細胞壁的酶[43 ] 。因此,對微生物抗菌作用的研究為(wei) 開發新的天然高分子抗菌劑提供了重要的理論基礎和實踐指導。

3. 3 　動物源天然抗菌劑及其抗菌機理

動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(feng) 富。陳月開等研究了氨基酸的抗菌活性,發現半胱氨酸對金黃色葡萄球菌具有較強的抑製作用[44 ] 。半胱氨酸有極強的抗氧化作用,因而推斷其抑菌作用與(yu) 抗氧化性有關(guan) 。天然肽類抗菌劑,目前已成為(wei) 抗菌劑的研究熱點。很早以前人們(men) 就知道人奶和牛奶中含有抗菌性的物質,如溶菌酶、乳過氧化物酶等。溶菌酶對人體(ti) 安全無副作用,其作用機製是破壞細菌細胞壁肽聚糖中的β21 ,4 糖苷鍵。K. H. Yu 等認為(wei) 來自3 種鱗翅目昆蟲( Galleria mellonella , Bombyx mori , Agrius殼聚糖的抗菌性能已成為(wei) 研究的熱點。殼聚糖是甲殼質的脫乙酰產(chan) 物,可以溶解在許多稀酸中。殼聚糖相對分子質量越小、脫乙酰度越大,溶解度越大。殼聚糖具有較強的抗菌活性,其對大腸杆菌、枯草杆菌和金黃色葡萄球菌的MIC 值達到( 250～500) ×10 - 6 。此外,殼聚糖對植物病原菌也有抑製作用,如1 %殼聚糖對尖鐮菌(F. Solani) 和腐皮鐮菌(F. oxysporum cepae) 有完全抑製的作用。殼聚糖的抗菌作用,認為(wei) 有以下2 種機理:一種是殼聚糖分子中的- NH3 + 帶正電性,吸附在細胞表麵,一方麵可能形成一層高分子膜,阻止營養(yang) 物質向細胞內(nei) 運輸,

另一方麵使細胞壁和細胞膜上的負電荷分布不均,破壞細胞壁的合成與(yu) 溶解平衡,溶解細胞壁,從(cong) 而起到抑菌殺菌作用;另一種是通過滲透進入細胞內(nei) ,吸附細胞體(ti) 內(nei) 帶有陰離子的物質,擾亂(luan) 細胞正常的生理活動,從(cong) 而殺滅細菌。對於(yu) 細胞壁結構不同的革蘭(lan) 氏陽性與(yu) 革蘭(lan) 氏陰性細菌,殼聚糖的作用機理不同。革蘭(lan) 氏陽性細菌,有較厚的細胞壁結構,殼聚糖主要作用於(yu) 其細胞表麵,因此前一種機理是殺滅此

類細菌的主導作用;革蘭(lan) 氏陰性細菌,細胞壁較薄,小分子的殼聚糖可以進入其細胞內(nei) 作用,因此後一種機理起主導作用。研究結果表明,隨著脫乙酰度和濃度的提高,殼聚糖的抗菌活性增強。而對於(yu) 相對分子質量的影響,目前還未有一致的結論,其原因一方麵是對殼聚糖相對分子質量在生產(chan) 過程中不能很好控製,另一方麵是因為(wei) 不同相對分子質量的殼聚糖對於(yu) 不同的菌種有不同的作用效果。一般認為(wei) ,隨著殼聚糖相對分子質量的降低,對大腸杆菌抑製性增強,而對金黃色葡萄球菌的抑製性減弱。此外,一些生物堿也可用作抗菌劑, 如Y. R.Torres 等發現從(cong) 一種海綿無脊椎動物提取的生物堿對革蘭(lan) 氏陰性和革蘭(lan) 氏陽性菌都有很強的抗菌效果[47 ] 。

4 　結　語

作為(wei) 一種理想的抗菌劑,應該具有即效、廣譜、長效、穩定及安全的抗菌效果。然而,現有的抗菌劑,無論是無機的、有機的,還是天然生物的,都沒有達到理想的要求。現有的各類抗菌劑,都具有特有的抗菌機理,隻有在抗菌機理上作出全麵、深層次的研究,綜合各類抗菌劑的特點,才能進一步改善抗菌劑的有效性。目前,抗菌材料研究在我國正麵臨(lin) 著重大的機遇和挑戰。1996 年日本病原性大腸杆菌感染事件,引起日本全國範圍內(nei) 對抗菌材料研製開發的極大重視,也是目前日本在這一領域處於(yu) 領先地位的重要原因。2003 年,我國遭受到了嚴(yan) 重的SARS 病毒感染,麵對這樣的災害,抗菌材料的研究工作者,從(cong) 保障人們(men) 群眾(zhong) 的健康利益出發,如何進一步開發出有效的抗菌劑,如何在更廣闊的領域中使抗菌劑得到應用,這必將是我國今後在抗菌材料領域中麵臨(lin) 的2個(ge) 最主要的課題。