談到替代抗生素，就不能不提鎵離子抗菌，原因在此！

廣東一枝花

隨著2020年的臨近飼料抗生素即將全面禁用，全新抗生素的替代產品的需求也日益緊迫。雖然市面上各類替抗產品不少，但基本上沒有一種能完全取代抗生素。這方面可以借鑒下歐美的無抗養殖技術，例如獲得美國食品藥品監督管理局（FDA）批準的鎵Ga，就具有良好抗菌活性，在很多國家無抗養殖方面都取得了比較好抗菌效果。

01 鐵對細菌的重要性

·鐵Fe能給細菌提供營養，加劇機體感染狀況，細菌繁殖如得不到鐵的供給，生長受阻

·鐵Fe是機體氧轉運不可缺少的成分，是參與機體能量代謝的酶的重要組成部分

細菌的對鐵需求的步驟：

1、機體組織損傷釋放血紅蛋白，血紅蛋白解離成兩個亞基，與肝珠蛋白結合為肝珠蛋白復合物。

2、當釋放的血紅蛋白超過肝珠蛋白的結合容量，剩余的血紅蛋白即被氧化解離為高鐵血紅素及珠蛋白。

3、細菌利用高鐵血紅素包括羥高鐵血紅素來獲取所需要的鐵。

細菌生長的外環境中只要有少量高鐵血紅素，細菌就迅速繁殖，這便可解釋為什么在機體受損（如外部傷口、腸道損傷）時更容易造成傷口細菌感染！

02 鎵為什么能進入細菌體內？

鎵Ga與鐵Fe的相似性使生物系統無法分別鎵和鐵，外源性鎵進入細胞后取代蛋白結構中的鐵。

03 鎵如何進入細菌內？

鎵利用鐵轉運系統穿過細菌的細胞膜，細菌通過3種主要機制來攝取鎵。

1、基于鐵載體的轉運系統
2、基于紅血素的鐵轉運系統
3、基于轉鐵蛋白與乳鐵蛋白受體的鐵轉運系統

04 鎵的抗菌機制

1、鎵利用細菌對鐵的依賴性發揮抗菌作用。

（1）細菌入侵機體后，必須從機體中獲得游離的鐵離子才能正常生長。
（2）細胞內的鎵代替鐵進入必要的蛋白質和酶而擾亂鐵代謝。

*Fe3+還原為Fe2+是許多細胞代謝的關鍵步驟，因為許多蛋白質需要Fe3+作為關鍵輔助因子；與鐵不同，鎵在生理條件下不能還原，因此不能參與氧化還原反應，最終抑制細菌的基本功能，抑制細菌生長甚至導致細菌死亡。

2、鎵參與多種代謝途徑，對細菌細胞引起多種有害影響。

3、鎵與鐵競爭，參與細菌的關鍵功能，是RDR酶的有效抑制劑。

*許多含鐵酶參與細菌的關鍵功能，如DNA合成和修復、蛋白合成、呼吸和氧化應激反應。在DNA合成的關鍵酶——RDR酶中，就存在鎵與鐵的競爭。研究證實，鎵是從結核分歧桿菌中純化出來的RDR酶的有效抑制劑。

05 鎵作為新型抗菌素的好處

鎵是一種典型的多靶點藥物，它會干擾代謝，損害多種鐵依賴性的功能，而鐵是細菌必須的，靶突變、藥物修飾或替代代謝途徑等耐藥機制均不能使細菌克服鎵的抑制作用，所以細菌不易對鎵產生耐藥性。

同時，實驗證明，鎵Ga對廣譜抗菌、多重耐藥菌（針對多重耐藥菌的聯合用藥效果好，其活性與其他藥物有協同作用）、超級細菌等都有較好的效果。

06 鎵為什么僅對有害菌起作用？

增長越快速、代謝越旺盛的細菌（如癌細胞、有害菌）對鐵的需求更強，因此鎵更優先與其結合，殺傷力更強。

有益菌反而得到更有利的生存條件。

07 鎵抗菌論文/報道

• 呂毅華, 李昕, 劉周, et al. 鎵在抗菌方面的研究進展[J]. 中國抗生素雜志, 2018, v.43(04):35-41.
• 馬超. 無機鎵化合物抗菌性能研究[D]. 2015.
• 新華網-《金屬鎵成為抗菌利器》2018-10-08 07:00:32
• 中國科學院，《科學家探索出非常規細菌感染治療策略》，2018-09-28
• 華盛頓大學、約翰霍普金斯大學，《科學轉化醫學》，2018年9月26日
• OLAKANMI,O., KESAVALU,B., PASULA,R.,et al. Gallium nitrate is efficacious in murine models of tuberculosis and inhibits key bacterial fe-dependent enzymes[J]. Antimicrobial Agents and Chemotherapy,2013,12(12):6074-6080.
• GARCíA-CONTRERAS, R., LIRA-SILVA, E., JASSO-CHáVEZ, R.,et al. Isolation and characterization of gallium resistant Pseudomonas aeruginosa mutants[J]. International journal of medical microbiology: IJMM,2013,8(8):574-582.