《Bioorganic Chemistry》：Antimicrobial enzymes: Promising agents to combat bacterial and fungal pathogens
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微生物耐药性加剧促使抗菌酶成为替代方案，其优势在于高特异性、环境友好且无耐药风险。当前局限包括生产成本高、纯化难度大及稳定性不足。未来需发展酶组合疗法、纳米载体技术及跨领域应用（农业、临床、食品），以提升实用性和覆盖范围。
Gursharan Singh|Sudarshan Sahu|Sukhdeep Kumar|Shailendra Kumar Arya
印度旁遮普邦Phagwara 144411，Lovely Professional大学医学实验室科学系
摘要
微生物对抗生素和杀虫剂的抗性日益增强，这给临床和农业环境中病原菌的控制带来了重大挑战。抗菌酶通过高特异性靶向微生物细胞成分、对环境的影响最小且不会产生抗性，为解决这一问题提供了有前景的替代方案。抗菌酶包括水解酶和氧化还原酶，能够破坏微生物的细胞结构、生物膜形成以及功能性蛋白质。尽管已经有一些基于酶的制剂，但由于生产成本高昂、纯化过程复杂以及酶的稳定性问题，其广泛应用仍然受到限制。本文深入探讨了抗菌酶的作用机制、潜在应用前景，并强调了它们在医疗和农业领域对抗微生物抗性方面的作用。这些发现和见解对于微生物学、生物技术、临床医学、农业和食品科学领域的研究人员和专业人士具有特别重要的意义，因为这些领域迫切需要可持续且有效的抗菌解决方案。
引言
细菌和真菌感染对人类、主要粮食作物以及牲畜构成了严重威胁。定植的微生物可导致住院患者出现尿路感染（UTI）等严重并发症[1]。由于病原体对抗生素的抗性迅速出现，情况日益恶化[2]。这种抗性现象在细菌和真菌中持续发展，未来可能也会对新合成的治疗药物产生抗性。虽然这一危机在临床环境中尤为突出，但在农业环境中同样存在，因为过度使用杀虫剂和抗生素导致抗性植物和动物病原体的出现。作物中的抗性真菌感染以及牲畜中的耐抗生素细菌会严重影响食品安全和公共卫生。
20世纪中叶抗生素被发现后，对抗菌酶的研究意外地受到了阻碍，在文献中的报道也相对较少。抗菌酶具有优势：通常微生物不会对酶产生抗性。为了应对微生物耐药性的增长以及消毒剂的毒性问题，抗菌酶在控制感染和污染方面可以发挥关键作用[3,4]。酶在局部应用中具有潜力，例如伤口处理、口腔护理、表面消毒、食品保存和作物保护等领域，因为这些情况下酶可以直接与病原体接触并发挥作用[5,6]。然而，一些制剂也在探索全身应用，尤其是在联合疗法或作为纳米粒子递送系统的载体时[[7], [8], [9]]。由于自古以来酶就被人类使用并带来益处，因此它们对环境和生态系统没有危害。
一些抗菌酶已经商业化并用于控制真菌和细菌感染及污染，但由于生产成本高昂以及活性不够强等原因，其应用仍然有限[1,10,11]。然而，基因操作技术、酶进化技术以及现场酶生产技术的最新进展有望在抗菌酶在农业、医疗和工业领域的全面应用之前解决许多问题[12,13]。本文的新颖之处在于详细讨论了溶菌酶、葡萄糖氧化酶、乳过氧化物酶和几丁质酶等关键酶的作用机制、抗菌活性及其在医疗、农业和食品工业中的应用。此外，本文还总结了当前的限制因素及未来可能的改进方向，以支持这些有前景的抗菌剂的更广泛采用。对抗新兴耐药微生物的可持续策略开发，对抗菌酶的研究至关重要。需要进一步努力改进多酶联合制剂，使其对多种病原体具有广泛的抗菌谱，尤其是对多重耐药病原体。使用抗菌酶可以降低摄入抗生素后出现副作用的风险。本文还提供了关于不同抗菌酶的最新信息，展示了它们对抗人类和食品病原体的潜力，并指出了研究较为充分和仍有待深入研究的领域。
先前的多项综述探讨了酶在各种背景下的抗菌潜力。例如，Yousefi等人（2022年）研究了用于食品保存的乳过氧化物酶涂层，而Singh等人（2022年）讨论了治疗性酶的一般框架，但没有详细阐述其机制或农业应用。Chen等人（2021年）和Giltrap等人（2023年）的综述则聚焦于酶的特异性或固定化技术，但这些研究并未涵盖抗菌酶的跨学科应用。相比之下，我们的综述整合了多个领域（临床、农业和食品）的机制、应用及增强策略（如纳米 conjugation、合成生物学、联合疗法），指出了当前存在的差距和未来发展方向。这一全面且注重应用的综述为该领域做出了及时而有价值的贡献。
撰写本文的文章选择标准
在撰写本文时，我们没有遵循PRISMA指南，因为本文既不是基于元分析的文章，也不是系统综述。在撰写过程中考虑了以下标准：超过200篇论文（其中大部分来自Science Citation Index (SCI)或Science Indexed Expanded (SCIE)），最终确定与本研究相关。仅有143篇论文与本研究直接相关；其余论文则不予考虑。
需要抗菌酶的原因
由于人类和兽医实践中对抗生素的不当和过度使用，细菌对抗生素的抗性不断出现。开发新的抗生素需要高成本的先进技术基础设施，而这对于低收入国家或发展中国家来说是不可行的。此外，由于多种因素的影响，新开发的抗生素也可能很快产生抗性，使得微生物能够适应这些环境。
抗菌酶：对抗病原体的新兴工具
抗菌酶对其底物具有高特异性和亲和力，即使在低浓度和温和的环境条件下也能使底物变性[43,44]。此外，与许多化学反应相比，酶的反应速度更快，因此成本更低、耗时更少。通常，酶的来源是植物、细菌和真菌，这些生物易于低成本培养[45]。自然界中存在多种抗菌酶。
结论与未来展望
抗菌酶是一种应对微生物抗性问题的有前景策略，具有高特异性、环境安全性和较低的抗性发展风险。本文重点介绍了溶菌酶、葡萄糖氧化酶、乳过氧化物酶和几丁质酶等关键酶的作用机制、应用及其在医疗、农业和食品工业中的潜力。现有制剂已在医疗、农业和食品领域显示出有效性。
作者贡献
本研究由本文中列出的作者完成，作者对与本文及其内容相关的所有责任均予以承认。
CRediT作者贡献声明
Gursharan Singh：撰写初稿。
Sudarshan Sahu：数据可视化、验证、正式分析。
Sukhdeep Kumar：数据可视化、概念构思。
Shailendra Kumar Arya：数据可视化、监督、方法学设计、概念构思。
资金支持
本研究未获得任何机构或中央机构的财政支持。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。
