如何實(shí)現(xiàn)飼用抗生素的高效替代

彭險(xiǎn)峰　覃宗華　程相逢

摘? 要：抗生素生長(zhǎng)促進(jìn)劑（Antibiotic Growth Promoters，AGPs）是動(dòng)物飼料配方體系中非營(yíng)養(yǎng)組分中性?xún)r(jià)比最高的功能性飼料添加劑。由于A(yíng)GPs所引起的食品安全問(wèn)題和人們對(duì)公共衛(wèi)生的憂(yōu)慮，AGPs應(yīng)用的限制和禁用刻不容緩。理解和區(qū)分抗菌劑、抗菌藥、抗生素、AGPs和飼用抗菌劑這幾個(gè)基本概念對(duì)開(kāi)發(fā)AGPs替代產(chǎn)品來(lái)說(shuō)是最基礎(chǔ)的要求，也是最重要的要求。除此之外，我們還必須深刻理解AGPs的作用標(biāo)準(zhǔn)，即：⑴較強(qiáng)的抗菌效力;⑵必須能夠在動(dòng)物腸道的后部維持足夠的有效濃度;⑶在飼料產(chǎn)品中有足夠的有效添加劑量;⑷產(chǎn)品安全性; ⑸合理的應(yīng)用成本。高腸道壓力動(dòng)物模型的治療試驗(yàn)是AGPs替代產(chǎn)品效力驗(yàn)證的最直接方法，也是飼料廠(chǎng)在現(xiàn)場(chǎng)快速評(píng)價(jià)相關(guān)產(chǎn)品最客觀(guān)、快速且準(zhǔn)確的方法。英賽特公司基于以上理解，開(kāi)發(fā)了3個(gè)從“機(jī)制、效力和成本”上均能落地的AGPs高效替代產(chǎn)品，各種動(dòng)物品種和生長(zhǎng)階段均可應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：抗生素生長(zhǎng)促進(jìn)劑;抗菌劑;AGPs替代品;高效替代;腸道健康

中圖分類(lèi)號(hào)：S831.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：C 文章編號(hào)：1001-0769（2020）02-0061-04

1? 問(wèn)題的提出

1950年，金霉素作為第一個(gè)抗生素生長(zhǎng)促進(jìn)劑（Antibiotic Growth Promoters，AGPs） 被批準(zhǔn)在飼料中應(yīng)用，在隨后的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用浪潮中先后有近百個(gè)AGPs在國(guó)內(nèi)外被批準(zhǔn)使用。AGPs的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用曾被認(rèn)為是飼料工業(yè)里程碑式的事件。事實(shí)上，到目前為止，從投入產(chǎn)出比來(lái)看，AGPs仍被認(rèn)為是飼料配方體系中非營(yíng)養(yǎng)組分中性?xún)r(jià)比最高的功能性飼料添加劑。近60年的應(yīng)用大數(shù)據(jù)分析顯示，AGPs的投入產(chǎn)出比可達(dá)到1∶6。AGPs一方面表現(xiàn)出對(duì)動(dòng)物生產(chǎn)性能非凡的促進(jìn)作用，另一方面也直接解決了生產(chǎn)中的一些表觀(guān)問(wèn)題，如斷奶仔豬腹瀉、肉雞水便和畜禽腸炎等。如果在A(yíng)GPs的選擇和應(yīng)用方面做到優(yōu)化，可以使商品飼料在成本及性能方面體現(xiàn)出明顯的差異化，因此諸多商業(yè)化飼料廠(chǎng)對(duì)AGPs產(chǎn)生了嚴(yán)重的依賴(lài)，這也是過(guò)去在市場(chǎng)上部分飼料廠(chǎng)樂(lè)于多個(gè)AGPs聯(lián)合應(yīng)用甚至超劑量使用的原因。

現(xiàn)在，越來(lái)越多的國(guó)家和地區(qū)逐漸禁止或限制AGPs在動(dòng)物生產(chǎn)中的應(yīng)用，其背后的原因不外乎兩方面。一是擔(dān)心AGPs濫用后在動(dòng)物性食品中殘留所致的食品安全問(wèn)題;二是針對(duì)AGPs的耐藥性在不同細(xì)菌（尤其是人的病原性細(xì)菌）中的水平傳遞引起人們對(duì)公共衛(wèi)生的憂(yōu)慮。

面對(duì)限制抗生素（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“限抗”）和禁止抗生素（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“禁抗”）使用帶來(lái)的巨大替代抗生素（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“替抗”）市場(chǎng)需求，近二三十年來(lái)國(guó)內(nèi)外研究單位和企業(yè)開(kāi)展了大量的研究來(lái)尋找AGPs的替代方案。各種概念和產(chǎn)品百花齊放，但也魚(yú)龍混雜，這些產(chǎn)品主要包括酸化劑、精油、植物提取物、抗菌肽和溶菌酶等。如果以傳統(tǒng)AGPs的效力及成本來(lái)評(píng)價(jià)這些產(chǎn)品，幾個(gè)可以真正落地呢？這又是為什么呢？

2? 基本概念的區(qū)分

雖然全球?qū)W術(shù)界和工業(yè)界針對(duì)AGPs替代品的研發(fā)將近40年，但英賽特認(rèn)為大家對(duì)于這一問(wèn)題仍缺乏基本的、系統(tǒng)的理解。經(jīng)過(guò)20年的研發(fā)，我們認(rèn)為對(duì)抗菌劑、抗菌藥、抗生素、AGPs和飼用抗菌劑幾個(gè)基本概念的理解和區(qū)分對(duì)于開(kāi)發(fā)AGPs替代產(chǎn)品來(lái)說(shuō)是最基礎(chǔ)的要求，也是最重要的要求。

這幾個(gè)基本概念的相互關(guān)系可用圖1中的模式圖簡(jiǎn)單概括。這5個(gè)概念所定義的物質(zhì)具有一個(gè)共性，即抗菌活性。抗菌劑所涵蓋的范圍最大，即任何具有抗菌活性的物質(zhì)均可以劃歸為抗菌劑。抗菌藥則是在抗菌劑中能滿(mǎn)足作為藥物應(yīng)用要求的一些化合物，主要的限制性要求包括抗菌活性、安全性、體內(nèi)動(dòng)力學(xué)過(guò)程、應(yīng)用劑量及成本等。抗生素則是抗菌藥中更少的一部分，抗生素與抗菌藥的區(qū)別更多的是來(lái)源上的差異。抗生素是在低濃度下能選擇性地抑制某些微生物的生命活動(dòng)且由微生物分泌的次級(jí)代謝產(chǎn)物，抗菌藥則包含抗生素及合成類(lèi)抗菌藥用化合物。而AGPs的范圍就更小了，專(zhuān)指某些具有抗菌性并且能促進(jìn)動(dòng)物生長(zhǎng)的抗生素或抗菌藥，需要滿(mǎn)足飼料應(yīng)用的場(chǎng)景要求并能達(dá)到促生長(zhǎng)的目的，因此實(shí)踐中能作為AGPs的抗生素品種并不多，主要限制性要求包括足夠強(qiáng)的抗菌活性、在動(dòng)物腸道不吸收或吸收少、與人或動(dòng)物治療用抗生素?zé)o結(jié)構(gòu)相關(guān)性、安全性高和應(yīng)用成本低等。而飼用抗菌劑應(yīng)是AGPs的高效替代產(chǎn)品，首先嚴(yán)格意義上來(lái)講，它與抗生素及抗菌藥均沒(méi)有結(jié)構(gòu)及耐藥性相關(guān)性，具有較強(qiáng)的抗菌活性，且安全性高，主要來(lái)源于飼料或食品中的組分或GRAS（Generally Recognized As Safe，一般公認(rèn)安全的物質(zhì)）相關(guān)的物質(zhì)。

3? AGPs的作用機(jī)制

要實(shí)現(xiàn)AGPs的高效替代，除了區(qū)分基本概念外，還要深刻理解AGPs的作用機(jī)制，即AGPs如何促進(jìn)動(dòng)物生長(zhǎng)。要回答這個(gè)問(wèn)題得先充分理解腸道微生物與動(dòng)物生產(chǎn)性能的關(guān)系。動(dòng)物腸道豐富的營(yíng)養(yǎng)極其適宜細(xì)菌的快速增殖。因此，即使是常規(guī)飼養(yǎng)的貌似健康的動(dòng)物的腸道也存在大量的細(xì)菌，在每克腸道內(nèi)容物中細(xì)菌的總量可達(dá)到107 CFU～1010 CFU。這些細(xì)菌的存在至少有兩方面的直接影響：一是細(xì)菌生長(zhǎng)繁殖要消耗大量的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)（動(dòng)物糞便中40%的干物質(zhì)屬于菌體蛋白）;其次，細(xì)菌產(chǎn)生的各種毒素或代謝產(chǎn)物可誘發(fā)動(dòng)物的炎癥反應(yīng)或其他病理反應(yīng)，影響動(dòng)物腸道健康，降低飼料利用率及動(dòng)物生產(chǎn)性能。有研究資料顯示，雞在常規(guī)的飼養(yǎng)環(huán)境或無(wú)菌的環(huán)境下，腸道上皮細(xì)胞周轉(zhuǎn)速度存在巨大差別。在常規(guī)環(huán)境下，周轉(zhuǎn)時(shí)間為3.8 d，然而在無(wú)菌環(huán)境下，周轉(zhuǎn)時(shí)間為9.1 d，差了2.4倍！這意味著動(dòng)物在常規(guī)（有菌）環(huán)境下，腸道維持的營(yíng)養(yǎng)需求要高得多，大量能量和營(yíng)養(yǎng)被用于維持腸道正常功能。例如試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)肉雞在感染球蟲(chóng)的情況下，用于維持的能量要高出20 kcal/d～ 60 kcal/d。總而言之，數(shù)量龐大的腸道微生物對(duì)動(dòng)物生產(chǎn)性能的總體影響是負(fù)面的。

因此，對(duì)腸道普發(fā)病原微生物的抑制而間接提高飼料利用率并改善動(dòng)物生產(chǎn)性能是各種AGPs發(fā)揮作用的最直接機(jī)制。為什么結(jié)構(gòu)各異的AGPs均能改善動(dòng)物的生產(chǎn)性能呢？雖然在結(jié)構(gòu)上不同的AGPs各不相同，但它們有一個(gè)共同的生物學(xué)活性，即對(duì)動(dòng)物腸道病原菌有著作用譜或?qū)捇蛘囊种茪缱饔谩?/p>

動(dòng)物生產(chǎn)實(shí)踐中常常有2種誤解：⑴將抗菌與促生長(zhǎng)分開(kāi)，認(rèn)為這些AGPs是抗菌的，另外一些AGPs是促生長(zhǎng)的，實(shí)際上抗菌是AGPs促生長(zhǎng)的科學(xué)基礎(chǔ);⑵將抗腹瀉與促生長(zhǎng)分開(kāi)，很多人將控制腹瀉等表觀(guān)效果與促生長(zhǎng)割裂開(kāi)來(lái)，誤以為這些抗生素是抗腹瀉的，另外一些抗生素是促生長(zhǎng)的。以斷奶仔豬腹瀉的控制為例，AGPs因?yàn)閺脑搭^上控制了產(chǎn)腸毒素大腸桿菌，從而緩解或改善了斷奶仔豬的腹瀉，并最終提高了仔豬的飼料利用率和動(dòng)物的生產(chǎn)性能。這是現(xiàn)象和結(jié)果的關(guān)系，背后的真正原因仍然是AGPs的高效抑菌或殺菌作用。

4? AGPs的作用標(biāo)準(zhǔn)

AGPs要在飼料中發(fā)揮抗菌（抗腹瀉）促生長(zhǎng)的作用必須滿(mǎn)足以下5個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，這也是AGPs替代產(chǎn)品應(yīng)該滿(mǎn)足的基本條件。

⑴較強(qiáng)的抗菌效力。AGPs的替代產(chǎn)品也應(yīng)具有相當(dāng)?shù)目咕钚裕∕IC90≤30 μg/mL），但從結(jié)構(gòu)和來(lái)源上看不應(yīng)屬于抗菌藥的范疇，且與抗菌藥沒(méi)有結(jié)構(gòu)及耐藥性相關(guān)性。

⑵必須能夠在動(dòng)物腸道的后端維持足夠的有效濃度。任何AGPs替代產(chǎn)品都要充分考慮靶標(biāo)分子在動(dòng)物體內(nèi)的代謝動(dòng)力學(xué)過(guò)程以及在飼料加工、保存和運(yùn)輸?shù)雀鞣N因素的影響下活性成分是否能在動(dòng)物腸道的后端達(dá)到足夠濃度而發(fā)揮作用。

⑶在飼料產(chǎn)品中有足夠的有效添加劑量。AGPs要在動(dòng)物體內(nèi)發(fā)揮作用，其有效添加劑量要基于其抗菌活性及體內(nèi)動(dòng)力學(xué)過(guò)程（包括吸收、稀釋、代謝轉(zhuǎn)化及穩(wěn)定性等）這兩方面綜合考慮，這也是AGPs替代產(chǎn)品必須參考相同的原則。

⑷產(chǎn)品安全性。產(chǎn)品的活性成分必須是明確可控的，長(zhǎng)期添加毒性小，且符合相關(guān)法律法規(guī)，無(wú)任何安全性風(fēng)險(xiǎn)。

⑸合理的應(yīng)用成本。替代產(chǎn)品必須在現(xiàn)有AGPs的應(yīng)用成本范圍之內(nèi)（3～30元/t，教槽料和保育料除外），否則在生產(chǎn)實(shí)踐中沒(méi)有應(yīng)用價(jià)值和意義。

5? AGPs替代產(chǎn)品的系統(tǒng)篩選和評(píng)價(jià)方法

英賽特的替抗解決方案是從基本概念、AGPs的作用機(jī)制及作用標(biāo)準(zhǔn)著手，首先從眾多的GRAS物質(zhì)中測(cè)試并篩選出與抗生素相比有相當(dāng)抗菌效力的化合物（包括大腸桿菌、沙門(mén)氏菌和產(chǎn)氣莢膜梭菌等）。然后通過(guò)斷奶仔豬腹瀉等高壓力的動(dòng)物模型，用抗生素（如金霉素等）或AGPs替代產(chǎn)品進(jìn)行單因素高劑量治療試驗(yàn)，快速高效評(píng)價(jià)其效果，然后再通過(guò)飼養(yǎng)試驗(yàn)進(jìn)行篩選。

但是，傳統(tǒng)上僅僅依靠飼養(yǎng)試驗(yàn)來(lái)評(píng)估篩選替抗產(chǎn)品知易行難，試驗(yàn)周期長(zhǎng)、效率低和影響因素多，且試驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)施的標(biāo)準(zhǔn)化以及過(guò)程管理不當(dāng)都會(huì)嚴(yán)重影響試驗(yàn)結(jié)果的評(píng)估，導(dǎo)致很難篩選到真正有價(jià)值的替代品。因此，高腸道壓力動(dòng)物模型（如斷奶仔豬腹瀉、肉雞腸炎和蛋雞水便等）的治療試驗(yàn)是AGPs替代產(chǎn)品效力驗(yàn)證的最直接方法，也是飼料廠(chǎng)在現(xiàn)場(chǎng)快速評(píng)價(jià)相關(guān)產(chǎn)品最客觀(guān)、快速且準(zhǔn)確的方法。

6? 英賽特的AGPs高效替代方案

英賽特基于以上理解，包括基本概念、作用機(jī)制、標(biāo)準(zhǔn)及篩選方法，用8年的時(shí)間先后從各類(lèi)GRAS物質(zhì)中高通量篩選了超過(guò)3 000種化合物的抗菌活性，并結(jié)合動(dòng)物體內(nèi)代謝過(guò)程，利用獨(dú)創(chuàng)的藥物制劑技術(shù)，開(kāi)發(fā)了3個(gè)從“機(jī)制、效力和成本”上均能落地的AGPs高效替代產(chǎn)品。

⑴30%腸溶肉豆蔻酸（商品名：賽金素）。肉豆蔻酸具有廣譜抗菌活性（其對(duì)主要腸道病原菌的體內(nèi)抑制活性見(jiàn)表1），但由于肉豆蔻酸是中長(zhǎng)鏈脂肪酸，在動(dòng)物腸道的中前端很容易被吸收而無(wú)法到達(dá)腸道中后端。賽金素是將肉豆蔻酸的廣譜抗菌活性與腸道靶向釋放的藥物制劑工藝相結(jié)合而開(kāi)發(fā)的AGPs高效替代產(chǎn)品。公司應(yīng)用的腸溶工藝（非包被工藝，包被無(wú)法實(shí)現(xiàn)真正的腸溶）實(shí)現(xiàn)了肉豆蔻酸在動(dòng)物體內(nèi)高后腸濃度和低血藥濃度，最重要的是成本可行。

⑵黑曲霉菌及其定向培養(yǎng)物（商品名：鉆石菌）。黑曲霉菌培養(yǎng)產(chǎn)生的次級(jí)代謝產(chǎn)物具有廣譜的抗菌活性。鉆石菌是優(yōu)選的黑曲霉菌與其定向培養(yǎng)的產(chǎn)物組合而成的產(chǎn)品，具有極好的配伍性及應(yīng)用效果。

⑶60%腸溶苯甲酸（商品名：可肥酸-60）。苯甲酸是酸化劑分子中抗菌活性最強(qiáng)的，且具有能直接抗腹瀉病理性分泌的作用。但苯甲酸在動(dòng)物體內(nèi)的生物利用率超過(guò)70%，只有極少部分可以到達(dá)后腸發(fā)揮作用。可肥酸-60利用腸溶制劑工藝可確保絕大部分的苯甲酸能直接送達(dá)腸道發(fā)揮抗菌作用。就抗腹瀉及改善生產(chǎn)性能效果而言，可肥酸-60較普通苯甲酸可提升3倍以上的效力。同時(shí)，可肥酸-60還解決了原料型苯甲酸產(chǎn)品刺激性氣味大、結(jié)塊、流散性不好、腐蝕設(shè)備和與其他添加劑組分反應(yīng)性強(qiáng)等多方面的缺點(diǎn)。

產(chǎn)品應(yīng)用定位及方案：賽金素、鉆石菌及可肥酸-60都可作為非抗生素類(lèi)的廣譜抗菌劑單獨(dú)或聯(lián)合應(yīng)用，可替代AGPs。另外，可肥酸-60作為抗菌性最強(qiáng)的酸化劑，按1∶3替代飼料配方中的苯甲酸類(lèi)及其他普通酸化劑產(chǎn)品，等（或低）成本提高效果。

7? AGPs替代品在動(dòng)物腸道健康系統(tǒng)方案中的定位

雖然AGPs在改善動(dòng)物腸道健康及生產(chǎn)性能方面發(fā)揮了重大作用，但我們要客觀(guān)認(rèn)識(shí)到動(dòng)物腸道健康的復(fù)雜性。英賽特技術(shù)團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)地從引起動(dòng)物腸道問(wèn)題的原因入手，提出了系統(tǒng)解決動(dòng)物腸道健康的135模型及五步曲方案（圖2），主要包括殺菌、中和毒素、收斂、抗炎及抗分泌五個(gè)環(huán)節(jié)。抗生素的殺菌作用是針對(duì)細(xì)菌源頭的作用，但除了細(xì)菌之外還有其他很多因素能引起動(dòng)物腸道功能異常，包括病毒和原蟲(chóng)等微生物的感染壓力、異源抗原刺激以及體內(nèi)外各種非感染性應(yīng)激因素等。因此，要想系統(tǒng)解決動(dòng)物腸道健康問(wèn)題，使動(dòng)物獲得良好的生產(chǎn)性能，除了抗菌之外，一些提高動(dòng)物腸道功能（收斂）或針對(duì)相應(yīng)病理生理過(guò)程（炎癥、病理性分泌）的手段和方案均可有效幫助解決動(dòng)物腸道健康問(wèn)題，特別是幼齡動(dòng)物（如斷奶仔豬），各種方案應(yīng)盡可能多管齊下，而在動(dòng)物的中后期生長(zhǎng)階段，動(dòng)物腸道功能相對(duì)健全，用1～2個(gè)產(chǎn)品配合應(yīng)用即可解決主要的問(wèn)題。

8? 總結(jié)

綜上所述，AGPs替代方案必須是基于科學(xué)的原理及方法（基本概念區(qū)分、作用機(jī)制歸納及作用標(biāo)準(zhǔn)提出）而產(chǎn)生的“三等”替代方案（等機(jī)制、等效力、等成本）。“賽金素”、“鉆石菌”及“可肥酸-60”這3種非抗生素的飼用抗菌劑均可實(shí)現(xiàn)AGPs的“三等”高效替代。

相關(guān)替抗產(chǎn)品在各種動(dòng)物品種和階段均可應(yīng)用，提高動(dòng)物生產(chǎn)性能，進(jìn)一步拓展抗菌促生長(zhǎng)類(lèi)產(chǎn)品的應(yīng)用范圍，且性能價(jià)格比能落地，完全科學(xué)、經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)了飼用抗生素的高效替代。