細(xì)菌引起的流行病和傳染病嚴(yán)重威脅著世界各國(guó)人民的健康。此外，抗生素治療引發(fā)了越來越嚴(yán)重的細(xì)菌耐藥性，這使得迫切需要開發(fā)新的治療策略來對(duì)抗細(xì)菌，包括多重耐藥細(xì)菌。人們對(duì)合成化學(xué)品的安全性和新出現(xiàn)的耐藥性越來越關(guān)注，具有抗菌活性和良好生物相容性的天然提取物引起了廣泛關(guān)注。這些抗菌成分可以分離出來用作抗菌劑，也可以利用現(xiàn)代輔助技術(shù)轉(zhuǎn)化、組合或與其他物質(zhì)包裹，協(xié)同對(duì)抗細(xì)菌。
近日，來自湖北大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院劉香梅教授系統(tǒng)總結(jié)了植物、動(dòng)物和微生物三種來源的天然提取物在抗菌應(yīng)用方面的最新進(jìn)展，討論了相應(yīng)的抗菌機(jī)制以及天然提取物在抗菌領(lǐng)域的未來發(fā)展。相關(guān)綜述論文以“Natural Extracts for Antibacterial Applications”為題于2023年10月17日發(fā)表在《Small》上。
圖1 各種天然物質(zhì)包括植物、動(dòng)物或微生物的天然提取物的抗菌應(yīng)用
1. 天然提取物作為抗菌劑的優(yōu)勢(shì)
目前的抗菌響應(yīng)大多是在合成材料、金屬、金屬氧化物或金屬鹽或化合物上構(gòu)建的，存在先天缺陷。如有機(jī)抗菌劑耐熱性差、易分解、不穩(wěn)定等，無機(jī)抗菌劑在治療過程中顯示出一些毒性或副作用。天然提取物是指通過提取或分離技術(shù)從植物或動(dòng)物等天然物體中獲得的成分及其衍生物，主要包括蛋白質(zhì)、多肽、氨基酸、核酸、酶、糖、糖蛋白、樹脂、膠體、木質(zhì)素、脂肪、生物堿、揮發(fā)油、黃酮類、糖苷類、有機(jī)酸、酚類、抗生素等。此外，與人工納米抗菌劑(有機(jī)和無機(jī)抗菌劑)相比，具有廣譜抗菌性能的天然抗菌劑安全有效。天然抗菌藥物比人工納米抗菌藥物資源更豐富、更容易獲得、更高的性價(jià)比。作者在表1總結(jié)了有機(jī)抗菌劑、無機(jī)抗菌劑和天然抗菌劑的分類、特性和抗菌機(jī)制。
表1 有機(jī)、無機(jī)和天然抗菌劑的特點(diǎn)
2. 植物抗菌提取物
最早的天然提取物是從植物中提取的，尤其是具有抗菌特性的植物提取物，這是數(shù)千年來的普遍做法。例如，蔥屬植物大蒜、生姜、番木瓜葉、洋蔥、薄荷、月桂葉、黑胡椒、香菜(種子和葉子)、孜蘭、芥菜、洋蔥和姜黃的粉末或提取物都可以作為能夠治療疾病的殺菌劑。植物提取物通常包括從根、莖或葉中提取的天然活性成分，如多酚、精油、色素和其他抗氧化、抗菌或抗癌物質(zhì)。作者在表2中總結(jié)了植物中的抗菌成分。
表2 植物中的抗菌成分總結(jié)
隨后，作者對(duì)目前常用的植物提取物進(jìn)行了一一介紹，主要有：花青素、積雪草苷、大蒜素(Allicin)、甜菜堿、金雀異黃素、姜黃素、迷迭香酸(Rosmarinic acid, RosA)、綠原酸(CA)等（圖2）。
圖2 天然抗菌素的相應(yīng)的植物來源
3. 用于抗菌應(yīng)用的動(dòng)物提取物
從動(dòng)物中提取的一些天然分泌物和液體提取物，如蜂蜜、貽貝蛋白等，也顯示出了很好的抗菌性能。其中比較常見的是殼聚糖（圖3），它是從螃蟹或蝦的硬殼中提取的。此外，一些動(dòng)物分泌的多糖和蛋白質(zhì)也可用于抗菌應(yīng)用，如蝸牛分泌的黏液和水母；昆蟲抗菌蛋白，如蜻蜓和蟬的翅膀，同樣具有抗菌特性。對(duì)于動(dòng)物提取物的抗菌應(yīng)用，作者從動(dòng)物的外殼、毛發(fā)以及動(dòng)物的內(nèi)部成分等方面進(jìn)行了詳細(xì)描述。
圖3 以殼聚糖為代表的典型動(dòng)物提取抗菌劑
4. 用于抗菌應(yīng)用的微生物提取物
從各種微生物中提取抗生素也是治療細(xì)菌感染最有效的方法之一?？梢詮募?xì)菌、真菌和病毒中提取抗生素、抗菌肽、噬菌體和其他抗菌物質(zhì)。細(xì)菌和真菌可引起多種疾病。抗生素通常在通過化學(xué)過程合成之前從微生物中分離出來。例如，一系列抗生素已被廣泛用于治療細(xì)菌感染，如青霉素、頭孢菌素、紅霉素、鏈霉素、新霉素、慶大霉素、卡那霉素、妥布霉素、核霉素、慶大霉素、四環(huán)素、土霉素和氯霉素。
微生物提取物來源于各種細(xì)菌、真菌、病毒、小型原生生物、微藻和其他生物，如蛋白質(zhì)、肽和抗生素。具有抗菌作用的微生物提取物可分為天然抗生素（圖4）、天然抗菌肽（圖5）和噬菌體（圖6）三大類。
圖4 天然抗生素示例
圖5 天然抗菌肽
圖6 噬菌體示例
5. 總結(jié)和展望
本文系統(tǒng)總結(jié)了三種殺菌劑:有機(jī)殺菌劑、無機(jī)殺菌劑和天然殺菌劑。其中，有機(jī)殺菌劑耐熱性差，不穩(wěn)定性差。無機(jī)抗菌劑多釋放抑菌機(jī)制，由金屬離子制備，具有良好持久的抑菌效果。然而，問題包括容易變色和毒性。天然抗菌劑由于其生物活性、天然來源和生物可降解性，易于獲得、相對(duì)穩(wěn)定和環(huán)境友好，在許多生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中得到了廣泛研究。然而，基于天然產(chǎn)物的藥物發(fā)現(xiàn)仍然面臨挑戰(zhàn)：
1）天然產(chǎn)物的篩選通常涉及自然資源的提取庫(kù)，這可能與傳統(tǒng)的基于靶標(biāo)的分析方法不兼容；
2）生物活性化合物的鑒定需要使用有效的去重工具，避免重復(fù)發(fā)現(xiàn)已知化合物；
3）具有生物活性的天然產(chǎn)物的分離和表征需要獲取足夠的生物材料；
4)獲得表現(xiàn)出生物活性的天然產(chǎn)物（未經(jīng)修飾）的知識(shí)產(chǎn)權(quán)可能很難實(shí)現(xiàn)。
近年來，技術(shù)和科學(xué)的進(jìn)步，包括分析工具、基因組挖掘和工程策略以及微生物培養(yǎng)，為天然產(chǎn)物的研究創(chuàng)造了新的機(jī)會(huì)。
最后，作者還指出，為了在閱讀相關(guān)雜志的同時(shí)擴(kuò)展對(duì)天然提取物應(yīng)用的認(rèn)識(shí)，我們還應(yīng)該多到戶外去觀察大自然中的各種生物?；蛟S到時(shí)候，會(huì)有更多新奇的發(fā)現(xiàn)和想法。對(duì)于自然，我們應(yīng)該尊重它的多樣性，探索它的奇妙，但決不能以自以為是的方式征服它。
文章來源：https://doi.org/10.1002/smll.202306553
