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东北农业大学单安山教授受邀参加天府国际动物营养创新论坛并作主题报告

时间:2023-11-03        点击数:

11月1日-3日,天府国际动物营养创新论坛在四川成都召开,动物营养领域国家级名师东北农业大学单安山教授受邀作大会主题报告-《饲用型抗菌肽的研究》。我国畜牧业发展在全面实施饲料端禁抗的历史节点迎来巨大挑战,如何破解饲料替抗技术难题是促进养殖业提质增效高质量发展亟需攻克的重大课题。单安山教授在饲用抗生素替代技术研发领域深耕多年,尤其在饲用型抗菌肽研究上,针对关键技术难点取得重大突破。单安山教授本次报告系统介绍了团队二十余年来在饲用型抗菌肽研发上取得的重要创新成果,报告内容受到与会专家学者的高度评价和热烈讨论。

报告现场

单安山教授首先从“饲抗”的历史到“禁抗”的背景介绍了抗生素饲用引发的细菌耐药性给人类健康埋下巨大隐患,为了遏制细菌耐药性的发展,生产优质安全畜产品,我国农业农村部于2019年7月10日发布了第194号公告,正式出台饲料端“禁抗”的政策法令。但“禁抗”后,如何保证动物生产效率和畜产品的供给,单安山教授表示,其应对措施就是要找到饲用抗生素的替代技术。

关于“禁抗”与“替抗”问题

抗菌肽作为机体先天免疫系统的一类小分子多肽,具有来源广泛、毒性低、无残留、生物学功能多样等特点。而抗菌肽能够作为抗生素替代物的根本前提是其具有与抗生素完全不同的抗菌机制。抗菌肽主要通过破坏细菌细胞膜完整性杀灭细菌,其作用位点广泛、复杂而非特异的特点使细菌对其不易产生耐药性。

抗菌肽的作用机制

单安山教授于2000年便将目光聚焦于饲用型抗菌肽的研发,揭示了抗菌肽基因表达具有种属和组织差异性,并基于抗菌肽的理化特性开展了天然抗菌肽的分子改造和高效抗菌肽的全新设计研究,揭示了抗菌肽的构效关系,建立了非完美两亲性肽、中间对称肽、色氨酸拉链肽、尾端对称β-发夹肽等不同结构抗菌肽设计方法,有的放矢地创制系列高效低毒抗菌肽,其中抗菌肽WK3的溶血抑菌指数与对照肽Melittin相比提高1810倍,与标准肽Indolicidin相比提高17倍。

高效抗菌肽的筛选

但高效肽的饲用仍面临两大重要理论难题,一是广谱抗菌肽杀菌缺乏选择性,对有益菌也具有杀灭作用,破坏肠道微生态平衡;二是抗菌肽作为小分子蛋白对消化道蛋白酶缺乏抗性,易被降解而失活。面对前所未有的技术难点,当时许多研究者纷纷改旗易帜转向其他领域,但单安山教授团队迎难而上,攻坚克难,成功突破了两大理论障碍与技术瓶颈,为饲用型抗菌肽推广应用奠定重要理论基础与技术支撑。

针对广谱抗菌肽在肠道内见菌即杀,敌友不分,极易造成肠道微生态新的不平衡这一重要理论难题,单安山教授团队开展了靶向抗菌肽研发工作,创新活性中心改造、信息素标记、噬菌体展示等靶向抗菌肽设计方法,创制了针对绿脓杆菌、无乳链球菌等特定病原菌的“智慧型”系列靶向抗菌肽,成功实现抗菌肽只杀有害菌而不杀有益菌的目标。

系列靶向抗菌肽的筛选

抗菌肽在消化道内易被蛋白酶降解而无法发挥其生物学作用,这是抗菌肽饲用是否可行最受质疑和诟病的科学问题。单安山教授团队建立了酶切位点规避与保护、非天然氨基酸替代、目标抗菌肽纳米组装体构建等技术,提高抗菌肽蛋白酶稳定性,研发了系列抗酶解抗菌肽,在人工胃肠液中8小时存留率80%以上,突破抗菌肽饲用技术瓶颈。

构建目标抗菌肽纳米组装体技术

为了降低抗菌肽的饲用成本,单安山教授团队应用基因工程手段进行抗菌肽外源表达,成功构建枯草芽孢杆菌、乳酸杆菌、毕赤酵母等抗菌肽高效表达系统,动物体内试验进一步证实自主研发的抗菌肽能够有效改善仔猪肠道菌群平衡、降低腹泻率、提高生产性能,打通了抗菌肽产业化替代饲用抗生素通路的“最后一公里”。

仔猪试验

在报告结尾单安山教授对团队在饲用型抗菌肽研发上所作工作进行了总结,历经20余年,克服重重艰难险阻,创建抗菌肽分子构效关系理论,建立饲用型抗菌肽研发体系,联通了抗菌肽从来源、研发到饲用关键技术环节,突破了抗菌肽饲用的重要理论障碍与技术瓶颈,推动了抗菌肽替代饲用抗生素产业化进程,为抗菌肽在饲料与养殖业生产应用提供了坚实的理论基础与技术支撑,为我国饲料端全面禁抗政策的成功实施,实现饲料端无抗养殖,保障畜产品数量和质量安全做出突出贡献。

单安山教授在抗菌肽领域取得丰硕研究成果,现已授权国家发明专利64件,在ACS Nano(IF2022=17.1,中科院一区)、Biotechnology Advances(IF2022=16.0,中科院一区)、Advanced Science(IF2022=15.1,中科院一区)、动物营养学报等国际国内顶级期刊发表抗菌肽相关论文156篇,其中SCI论文110篇。根据PubMed数据库统计,近十年(2013-2023)单安山教授在抗菌肽(Antimicrobial Peptides)领域发文排名全球第二、全国第一。研究成果获得国家科学技术进步二等奖、全国创新争先奖、黑龙江省自然科学一等奖等多项科技奖励。

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总结

单安山教授简介

单安山,博士,二级教授,博士生导师,东北农业大学首席教授。国家万人计划领军人才、国家级教学名师、全国优秀教师、国务院政府特殊津贴专家、黑龙江省“头雁行动”头雁、黑龙江省劳动模范、龙江科技英才-科技创新人才、龙江学者特聘教授、黑龙江省优秀研究生导师。历任东北农业大学动物营养研究所所长、动物科学技术学院院长,国家“双一流”建设学科——畜牧学科带头人、国家重点学科——动物营养与饲料科学学科带头人、黑龙江省重点学科群——养殖业学科群带头人,国务院学位委员会学科评议组成员、中国畜牧兽医学会理事及动物营养学分会副理事长、中国饲料工业协会生物饲料技术委员会副主任、全国动物营养指导委员会委员、国家生猪产业技术体系岗位科学家、国务院专业硕士教指委委员、国家博士后管委会专家组成员、中国水产科学研究院冷水性鱼类增养殖重点开放实验室学术委员会主任委员、中国中药协会中兽药与饲料专业委员会名誉主任、全国无抗产业科技创新联盟副理事长、全国可饲用中草药产业科技创新联盟副理事长、黑龙江省畜牧兽医学会副理事长、黑龙江省动物营养饲料研究会会长、黑龙江省科技顾问委员会委员等职。面对我国饲料粮短缺与安全国家重大战略需求,提出营养与非营养物质构效与互作关系理论体系,致力于饲料资源挖掘与安全利用理论研究与技术开发。创新非粮型饲料资源提质增效方法,创建饲料耗损控制技术体系,创制饲用抗生素替代技术,实现饲料开源-节流-安全协同整体效应。改变我国人、畜争粮局面,降低我国饲料粮对外依存度,保障国家粮食安全。承担国家重大专项、国家重点研发计划项目、国家自然科学基金重点项目及课题等60余项;发表学术论文850余篇(其中SCI论文300余篇、EI论文80余篇、ESI论文11篇);授权发明专利80余件;出版著作与教材34部;获国家科技进步二等奖1项(第一完成人)、国家自然科学三等奖1项(第二完成人)、第三届全国创新争先奖及省部级一等奖5项(第一完成人4项、第二完成人1项)。牵头建设获批第一批全国畜牧学一级学科博士点、全国畜牧学博士后流动站、国家农科教合作人才培养基地、国家人才培养模式创新实验区、农业农村部东北动物营养与饲料科学观测实验站、国家工程实验室东北分中心等平台。培养硕士、博士、博士后共290名。带领团队获全国工人先锋号、全国高校黄大年式教师团队、神农中华农业科技奖优秀创新团队、感动中国畜牧兽医科技创新领军院所、黑龙江省工人先锋号、黑龙江省领军人才梯队建设优秀梯队、黑龙江省研究生优秀导师团队、省级重点学科带头人梯队等集体荣誉。他扎根龙江、鞠躬尽瘁,投身科教、尽心竭力,为科教事业进步与畜牧行业发展做出突出贡献。