阿維拉霉素的研究進展

摘 要：阿維拉霉素是一種正糖霉素族中的寡糖類抗生素，作為一種新型的促進消化和代謝調節的飼料藥物添加劑，以其高安全性、低毒性以及低殘留被歐盟等國家批準使用。本文對阿維拉霉素的特性、應用效果、菌種選育以及發酵工藝方面進行了綜述。

關鍵詞：阿維拉霉素；抗生素；菌種選育；發酵

中圖分類號：S859. 79 文獻標志碼：A 文章編號：1001-0769（2017）10-0094-04

阿維拉霉素（Avilamycin）又稱卑霉素、阿美拉霉素、阿維霉素、肥拉霉素，是一種新型消化促進劑和代謝調節劑，是由產綠色鏈霉素菌（Streptomyces viridochromogems，SV）發酵而生成的二氯異扁枝衣酸酯，屬于正糖霉素族的寡糖類抗生素。阿維拉霉素主要抑制革蘭氏陽性菌，對革蘭陰性菌效果較差。作為一種新型促生長素類飼料添加劑，阿維拉霉素結構獨特，安全性高，不易被腸道吸收，基本無殘留，毒性小，不存在交叉耐藥性，易降解，對環境污染小，同時還具有良好的加工性能，因此具有很好的應用前景。

1 阿維拉霉素的特性

1.1 結構及性質

阿維拉霉素的分子式為C16H88Cl2O32，分子量1 403。阿維拉霉素有A到N共14種結構，在這14種結構中，起作用的主要為阿維拉霉素A，其次為阿維拉霉素B，市場上銷售的阿維拉霉素商品中，多為阿維拉霉素A和阿維拉霉素B的混合物。阿維拉霉素為亮棕褐色粉末，有霉味，其熔點為181 ℃～182 ℃，微溶于水，易溶于大部分有機溶劑中。

阿維拉霉素是以糖為骨架的低聚糖（也叫寡糖）分解后生成的糖，它是唯一一種屬于奧爾托索霉素類的飼用促生長素。阿維拉霉素可用做豬和肉雞的飼料添加劑，提高豬和雞的平均日增重和飼料轉化率，因其特有的促生長機制，所以沒有任何治療和預防作用，因而完全避免了因應用治療性抗生素而出現的耐藥性問題。

1.2 促生長機制

阿維拉霉素屬營養型性質，但它不是直接為動物提供自身的營養成分，而是通過維持動物腸道內細菌的正常平衡，減少動物正常營養的消耗，從而達到促生長目的。Wellenreiter等[1]研究發現，阿維拉霉素可節約體內能量代謝中葡萄糖的消耗，降低腸道毒副產物的產生，提高腸道揮發性脂肪酸的產量與吸收。阿維拉霉素促進動物生長的作用機制與促進或抑制腸內細菌的代謝有關。它能改變動物腸道內細菌群的生態結構，影響細菌群的代謝活性，從而為宿主營造吸收營養物質的優良環境[2]。Castillo等[3]研究表明，阿維拉霉素增強了豬體內與病原微生物生長競爭的天然有益微生物合理生態結構。

1.3 抗菌活性

阿維拉霉素口服不易吸收，因此較易以高濃度集中于腸道中，其主要通過作用于細菌的50S核糖體亞基的一個位點干擾tRNA的結合，阻止70S起始復合物的形成，從而抑制蛋白質的合成，達到抑菌的目的[4-5]。阿維拉霉素主要抑制革蘭氏陽性菌，其中以組分A的活性最高，對葡萄球菌、鏈球菌、梭菌、桿菌作用顯著，其中包括一些具有抗生素抗性的菌株，例如對糖肽類抗生素產生抗性的腸球菌，具有青霉素抗性的鏈球菌以及甲氧苯青霉素抗性的葡萄球菌[6]。阿維拉霉素可以影響細菌鞭毛及細菌的黏附，抑制細菌黏附于宿主黏膜細胞表面，從而達到抑制細菌的感染，間接預防病菌感染的作用[7]。研究表明[8]，阿維拉霉素在動物體內外均可以抑制大腸桿菌黏附于動物小腸黏膜，并能有效抑殺多種革蘭氏陽性菌，如產氣梭狀芽孢桿菌，減少腸道內梭菌的數量。

1.4 安全性

作為新型的獸用飼料添加劑，阿維拉霉素表現出很高的生物安全性。研究發現，以大鼠和小鼠為動物模型，在急性毒性試驗、短期以及長期毒性試驗、眼黏膜刺激性試驗、急性吸入毒性試驗等各種試驗中，阿維拉霉素均表現出很高的生物安全性；在毒理學研究中，也沒有任何與藥物有關的損傷，無任何生長、存活和繁殖上的不良反應。此外，阿維拉霉素具有易降解特性，在光照、酸性條件下能迅速降解，在堿性條件下降解速度較慢。袁霞[9]將阿維拉霉素按灌服劑量直接加入水中，96 h后阿維拉霉素降解了95%，并且研究了在鯉魚體內的血藥動力學特征，表明阿維拉霉素在鯉魚體內吸收少，分布快，消除迅速，在鯉魚體內為零休藥期0。Magnussen等[10]用原子標記技術檢測給豬口服阿維拉霉素后的代謝情況，表明有95%由糞便迅速排出體外，5%經尿液排出體外。Menotta等[11]也證明阿維拉霉素動物體內殘留極少，是安全的動物食品添加劑。

由于阿維拉霉素沒有任何治療和預防作用，因而它避免了因應用治療性抗生素而出現的耐藥性問題。并且，由于阿維拉霉素結構特殊，也不存在與其他抗生素的交叉感染抗藥性問題，唯一的可能性是阿維拉霉素與人類臨床使用的晚霉素（也屬奧爾托索霉素類）結構相似。Katsunuma等（2007）和Delsol等（2005）研究表明，阿維拉霉素的抗性菌株在停止飼喂后迅速消失[12-13]。

1.5 良好的加工性能

阿維拉霉素是小顆粒狀制劑，因此不易帶電，不會因靜電而出現附著現象，這是其他飼料添加劑所沒有的。所以在配合飼料生產過程中不易發生滯篩現象，不會因附著殘留造成混雜污染。由于與配合飼料的粒度分布相近，所以阿維拉霉素在飼料中的混合均勻性良好。

2 阿維拉霉素的應用效果

2.1 肉雞

阿維拉霉素具有穩定且顯著的防病和促生長效果，飼料中添加阿維拉霉素可以促進肉雞生長，提高飼料轉化率，此外還能有效抑殺肉雞腸道產氣莢膜梭菌，降低腸道中的梭菌數量，有效控制梭菌性腸炎，降低死亡率[14-16]。代建國[17]在肉仔雞飼料中添加阿維拉霉素，發現其對肉雞有很好的促生長效果，并能顯著提高屠宰率和胸肌重量。潘淑媛[18]研究發現，每噸飼料中全期添加25 g～100 g阿維拉霉素可顯著提高肉雞的增重、成活率及飼料報酬。薩仁娜等[19]在肉仔雞日糧中添加0～15 mg/kg阿維拉霉素，結果表明其對肉仔雞具有明顯的促生長效果，并能提高飼料轉化效率，其促生長效果在肉仔雞生長前期（0～21日齡）較為明顯，全程持續添加阿維拉霉素，增重效果優于后期撤除。潘淑媛[16]在肉雞飼料中添加阿維拉霉素（10 mg/kg），發現其不僅可以改善肉雞的增重、料肉比，降低死亡率，提高屠宰率，而且可以有效降低腸道致病性梭菌數量，降低雞梭菌性腸炎發生率，改善墊料品質，減少肉雞腳趾損傷率。

2.2 豬

大量研究表明阿維拉霉素對動物具有穩定的促生長作用，是一種良好的促生長劑。研究表明飼料中添加阿維拉霉素對處于不同生長階段的豬都有促生長作用。孔祥書等[20]研究發現，生長豬飼料中添加150 mg/kg 10%阿維拉霉素+200 mg/kg 15%吉他霉素能提高其日增重和飼料轉化率。Partanen等[21]在飼料中添加阿維拉霉素（40 mg/kg）后，豬生長加快，飼料系數降低。郭金玲[22]在仔豬飼料中添加30 mg/kg阿維拉霉素，發現其可以明顯促進仔豬生長，提高經濟效益。Jones等[23]研究發現，在仔豬日糧中添加阿維拉霉素可顯著增加日增重，并可改善料肉比。Dzapo和Reiner等[24]報道，在仔豬日糧中添加40 mg/kg阿維拉霉素，日增重率比對照組提高了12%，飼料轉化率提高了14%。有關添加劑量的報道，在豬的生長階段，阿維拉霉素在飼料中的推薦劑量為40 mg/kg，肥育階段的最佳添加劑量為20 mg/kg[24]；對生長豬或肥育豬使用5 mg/kg～10 mg/kg的阿維拉霉素可以獲得最大的平均日增重，而使用 10 mg/kg～60 mg/kg可以有效地改善飼料轉化效率[23]。

阿維拉霉素不僅能促進生長，還能提高抗病力。Kyriakis[25]發現，在斷奶仔豬的日糧中添加阿維拉霉素80 mg/kg，可以顯著降低仔豬日均腹瀉數和死亡數，增加體重，提高飼料轉化率。Tsinas等[26]報道，20 mg/kg～40 mg/kg阿維拉霉素可降低仔豬死亡率，減少腹瀉，促進生長。

3 阿維拉霉素高產菌株的選育

阿維拉霉素因其高效、低毒、安全、易降解等優點，具有良好的應用前景。國內對于阿維拉霉素未實現產業化的瓶頸在于菌種產素能力低，對于阿維拉霉素高產菌種選育的研究尚處于初級階段。目前所用的篩選方法主要是隨機篩選和推理選育兩種。通過對經物理及化學誘變因子處理后的出發菌株進行隨機篩選，工作量往往很大；而根據研究抗生素的生物合成途徑和代謝調控原理，在此基礎上進行推理設計，通過在培養基中添加阿維拉霉素、鏈霉素、d-氨基丁酸、氨基乙酸、2-脫氧-D葡萄糖、高濃度CaCl2等作為選擇壓力因子，可定向、高效地篩選高產菌。靳亮等[27]以產綠色鏈霉菌TN-27為出發菌株，采用紫外線誘變，同時以鏈霉素作為篩選因子，得到一株遺傳性穩定且阿維拉霉素發酵效價比出發菌株提高了38.9%的菌株，對此菌株再采用微波誘變，以其自身代謝物阿維拉霉素作為篩選因子，得到一株阿維拉霉素產量提高200%的菌株，在傳代的同時結合自然分離，可以保持穩定的產生抗生素特性。賀亞男等[28]采用低能氮離子注入技術，輔以鏈霉素抗性篩選法對產綠色鏈霉菌SV-1進行誘變選育研究，在搖瓶條件下，最終獲得穩定性良好、阿維拉霉素產量為83.5 mg/L、較比出發菌株提高195%的突變株SVT-45。梁新樂等[29]以產綠色鏈霉菌A-05為出發菌株，60Co-γ射線、NTG誘變等多種手段進行誘變，以阿維拉霉素、鏈霉素、2-脫氧-D-葡萄糖和-氨基丁酸抗性為篩選壓力，在獲得3個高產突變株的基礎上，再進行基因組重組，獲得高產菌株A11-13，發酵單位達1 318.7 mg/L，比出發菌株A-05提高了202.9倍。趙碩珍等[30]釆用紫外線隨機誘變結合阿維拉霉素、2-脫氧-D-葡萄糖和高濃度CaCl2抗性篩選的推理選育方法，使阿維拉霉素產量達到1 222 mg/L。李國棟 等[31]采用紫外線和NTG誘變結合抗性篩選高產菌株，選育出可以用于阿維拉霉素生產的高產菌株SDSL-284，效價843 μg/mL，比出發菌株提高了106.6%，并發現保存菌種的最佳方式是凍存孢子以及確定凍存孢子的接種量是0.5%（約0.2×107個孢子）。這些隨機誘變、定向篩選的育種方法工作量大，周期長，隨機性強，效率低，很難在短時間內獲得高產量的正向突變株，但依然是目前使用的主要育種手段。劉芳等[32]以產綠色鏈霉菌NRRL2860為出發菌株，應用紫外-氯化鋰、吖啶橙-微波多重復合誘變方法，以高濃度CaCl2、阿維拉霉素、鏈霉素等多輪抗性篩選，成功獲得一株高產菌株MY-20，阿維拉霉素A和B組分產量達到0.95 g/L和4.62 g/L，具備工業化應用的潛力。

基因組重排技術（Genome shuffling）是在整個微生物基因組水平上進行重排的技術，經過遞推式多次融合，使基因組在較大范圍內發生交換和重組，將引起正向突變的不同基因重組到一個細胞中。它比傳統誘變選育更快速有效，能提高子代菌株的遺傳多樣性。近年來，利用基因組技術成功選育脂肪酶[33]、谷氨酸[34]和vitB12[35]高產菌株的報道證明，基因組改組技術是一種行之有效的育種方法。毛靈琪等[36]為選育阿維拉霉素高產菌株，對野生型綠色產色鏈霉菌Tü-57進行傳統物理和化學誘變，并獲得一系列以阿維拉霉素A的含量為指標的正向突變體，再采用基因組改組技術，將不同的正向突變體進行融合雜交，獲得融合子。在篩選融合子的過程中，采用傳統薄層色譜（TLC）和管碟法（二劑量法）結合進行初篩、高效液相色譜法進行復篩的篩選策略。經過基因組改組，篩選得到一株高產菌株R708，其在搖瓶實驗中阿維拉霉素A產量達到0.208 g/L，比野生菌株提高了20倍。基因組改組選育阿維拉霉素高產菌，能提高子代菌株的遺傳多樣性，比傳統誘變選育更快速有效。

4 阿維拉霉素的發酵工藝

菌株的高產除了由其遺傳特性決定外，也受所處的環境條件的影響。因此，培養基的組成和培養條件的改變都會對抗生素的合成產生明顯的影響。抗生素發酵水平的提高，依賴于菌種選育及發酵工藝（培養基和培養條件）的優化，二者相輔相成。有研究表明[31，37-38]，培養基中碳源、氮源和無機鹽等的種類和濃度、溶氧、種齡和接種量等都會影響阿維拉霉素的發酵水平。因此，優化發酵工藝是提高阿維拉霉素產量的有效方法。

童應凱等[39]根據代謝發酵控制原理，釆用二次回歸正交旋轉組合設計，對阿維拉霉素搖瓶發酵培養基組分及其接種量、初始pH和裝樣量等搖瓶發酵條件進行了優化，發酵條件經過優化后，阿維拉霉素發酵效價提高了20.29%。任健等[40]為提高阿維拉霉素發酵體系的產量，采用響應曲面法對產綠色鏈霉菌Tü-57的發酵培養基進行優化，優化培養基比對照培養基的效價提高26.62%。潛媛媛等[41]為了提高產綠色鏈霉菌N-0104菌株合成阿維拉霉素的產量，通過分段調控，并結合正交試驗優化菌株罐上發酵過程中溫度、pH等參數，采用優化后的罐上發酵參數開展菌株的罐上發酵，發酵10 d后，罐中阿維拉霉素產量為1 087.40 mg/L，較初始產量（735.27 mg/L）提高了47.89%；表明分段調控阿維拉霉素生產菌罐上發酵參數，能有效提高其合成阿維拉霉素的產量。靳亮[42]等在對阿維拉霉素發酵培養基進行全因子試驗和最陡爬坡試驗后，運用Box-Behken設計的響應面試驗對產綠色鏈霉菌TN-29進行了阿維拉霉素發酵培養基的優化，為下一步研究最佳發酵條件和誘變選育阿維拉霉素高產菌株提供了必要的基礎。李國棟[43]首先選育出可用于阿維拉霉素生產的高產菌株SDSL-284，然后從培養基、種齡、接種量、溶氧、pH和補料等多方面對阿維拉霉素發酵工藝進行研究和優化，并采用優化后的發酵工藝進行20T發酵罐的放大驗證，3批平均效價為1 590 μg/mL，平均毛利為46.0%，具備了大生產的能力。□□

參考文獻：（43篇，略）