细菌引起的流行病和传染病严重威胁着世界各国人民的健康。此外，抗生素治疗引发了越来越严重的细菌耐药性，这使得迫切需要开发新的治疗策略来对抗细菌，包括多重耐药细菌。人们对合成化学品的安全性和新出现的耐药性越来越关注，具有抗菌活性和良好生物相容性的天然提取物引起了广泛关注。这些抗菌成分可以分离出来用作抗菌剂，也可以利用现代辅助技术转化、组合或与其他物质包裹，协同对抗细菌。
近日，来自湖北大学材料科学与工程学院刘香梅教授系统总结了植物、动物和微生物三种来源的天然提取物在抗菌应用方面的最新进展，讨论了相应的抗菌机制以及天然提取物在抗菌领域的未来发展。相关综述论文以“Natural Extracts for Antibacterial Applications”为题于2023年10月17日发表在《Small》上。
图1 各种天然物质包括植物、动物或微生物的天然提取物的抗菌应用
1. 天然提取物作为抗菌剂的优势
目前的抗菌响应大多是在合成材料、金属、金属氧化物或金属盐或化合物上构建的，存在先天缺陷。如有机抗菌剂耐热性差、易分解、不稳定等，无机抗菌剂在治疗过程中显示出一些毒性或副作用。天然提取物是指通过提取或分离技术从植物或动物等天然物体中获得的成分及其衍生物，主要包括蛋白质、多肽、氨基酸、核酸、酶、糖、糖蛋白、树脂、胶体、木质素、脂肪、生物碱、挥发油、黄酮类、糖苷类、有机酸、酚类、抗生素等。此外，与人工纳米抗菌剂(有机和无机抗菌剂)相比，具有广谱抗菌性能的天然抗菌剂安全有效。天然抗菌药物比人工纳米抗菌药物资源更丰富、更容易获得、更高的性价比。作者在表1总结了有机抗菌剂、无机抗菌剂和天然抗菌剂的分类、特性和抗菌机制。
表1 有机、无机和天然抗菌剂的特点
2. 植物抗菌提取物
最早的天然提取物是从植物中提取的，尤其是具有抗菌特性的植物提取物，这是数千年来的普遍做法。例如，葱属植物大蒜、生姜、番木瓜叶、洋葱、薄荷、月桂叶、黑胡椒、香菜(种子和叶子)、孜兰、芥菜、洋葱和姜黄的粉末或提取物都可以作为能够治疗疾病的杀菌剂。植物提取物通常包括从根、茎或叶中提取的天然活性成分，如多酚、精油、色素和其他抗氧化、抗菌或抗癌物质。作者在表2中总结了植物中的抗菌成分。
表2 植物中的抗菌成分总结
随后，作者对目前常用的植物提取物进行了一一介绍，主要有：花青素、积雪草苷、大蒜素(Allicin)、甜菜碱、金雀异黄素、姜黄素、迷迭香酸(Rosmarinic acid, RosA)、绿原酸(CA)等（图2）。
图2 天然抗菌素的相应的植物来源
3. 用于抗菌应用的动物提取物
从动物中提取的一些天然分泌物和液体提取物，如蜂蜜、贻贝蛋白等，也显示出了很好的抗菌性能。其中比较常见的是壳聚糖（图3），它是从螃蟹或虾的硬壳中提取的。此外，一些动物分泌的多糖和蛋白质也可用于抗菌应用，如蜗牛分泌的黏液和水母；昆虫抗菌蛋白，如蜻蜓和蝉的翅膀，同样具有抗菌特性。对于动物提取物的抗菌应用，作者从动物的外壳、毛发以及动物的内部成分等方面进行了详细描述。
图3 以壳聚糖为代表的典型动物提取抗菌剂
4. 用于抗菌应用的微生物提取物
从各种微生物中提取抗生素也是治疗细菌感染最有效的方法之一。可以从细菌、真菌和病毒中提取抗生素、抗菌肽、噬菌体和其他抗菌物质。细菌和真菌可引起多种疾病。抗生素通常在通过化学过程合成之前从微生物中分离出来。例如，一系列抗生素已被广泛用于治疗细菌感染，如青霉素、头孢菌素、红霉素、链霉素、新霉素、庆大霉素、卡那霉素、妥布霉素、核霉素、庆大霉素、四环素、土霉素和氯霉素。
微生物提取物来源于各种细菌、真菌、病毒、小型原生生物、微藻和其他生物，如蛋白质、肽和抗生素。具有抗菌作用的微生物提取物可分为天然抗生素（图4）、天然抗菌肽（图5）和噬菌体（图6）三大类。
图4 天然抗生素示例
图5 天然抗菌肽
图6 噬菌体示例
5. 总结和展望
本文系统总结了三种杀菌剂:有机杀菌剂、无机杀菌剂和天然杀菌剂。其中，有机杀菌剂耐热性差，不稳定性差。无机抗菌剂多释放抑菌机制，由金属离子制备，具有良好持久的抑菌效果。然而，问题包括容易变色和毒性。天然抗菌剂由于其生物活性、天然来源和生物可降解性，易于获得、相对稳定和环境友好，在许多生物医学应用中得到了广泛研究。然而，基于天然产物的药物发现仍然面临挑战：
1）天然产物的筛选通常涉及自然资源的提取库，这可能与传统的基于靶标的分析方法不兼容；
2）生物活性化合物的鉴定需要使用有效的去重工具，避免重复发现已知化合物；
3）具有生物活性的天然产物的分离和表征需要获取足够的生物材料；
4)获得表现出生物活性的天然产物（未经修饰）的知识产权可能很难实现。
近年来，技术和科学的进步，包括分析工具、基因组挖掘和工程策略以及微生物培养，为天然产物的研究创造了新的机会。
最后，作者还指出，为了在阅读相关杂志的同时扩展对天然提取物应用的认识，我们还应该多到户外去观察大自然中的各种生物。或许到时候，会有更多新奇的发现和想法。对于自然，我们应该尊重它的多样性，探索它的奇妙，但决不能以自以为是的方式征服它。
文章来源：https://doi.org/10.1002/smll.202306553
