解決木聚糖酶抑制劑帶來的挑戰(zhàn)

摘" 要：科學(xué)界對木聚糖酶抑制劑（xylanase inhibitors，XI）及其對動物營養(yǎng)影響的科學(xué)認(rèn)識有了顯著的提高。木聚糖酶是一種用于提高飼料中營養(yǎng)物質(zhì)生物利用率的重要酶，但它可能面臨來自谷物中木聚糖酶抑制劑的挑戰(zhàn)。本文探討了植物保護(hù)機(jī)制的演變、XI對動物生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益的影響，以及對這些抑制劑具有抗性的新型木聚糖酶Axxess XY的開發(fā)。

關(guān)鍵詞：動物營養(yǎng)；抗性；木聚糖酶；木聚糖酶抑制劑；雞

中圖分類號：S816.79 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A " 文章編號：1001-0769（2024）06-0104-03

木聚糖酶抑制劑（xylanase inhibitors，XI）是谷物類植物針對病原體的保護(hù)機(jī)制進(jìn)化發(fā)展的一個經(jīng)典例子。微生物，如真菌，能夠降解木聚糖酶，是引起動物發(fā)病機(jī)制之一。微生物產(chǎn)生的木聚糖酶還可以影響植物的生長。為了保護(hù)自己，植物進(jìn)化出木聚糖酶抑制劑來阻止木聚糖酶的作用。XI是一種植物細(xì)胞壁蛋白，廣泛分布于單子葉植物中。木聚糖酶抑制劑根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)和抑制特異性可分為三類：小麥木聚糖酶抑制劑（triticum aestivum xylanase inhibitors，TAXI）、木聚糖酶抑制蛋白（xylanase inhibitor proteins，XIP）和類甜蛋白木聚糖酶拮抗物（thaumatin-like xylanase inhibitors，TLXI）。

1" XI對動物生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益的影響

在動物營養(yǎng)中，木聚糖酶被廣泛用于含有谷物和其他植物原料的日糧中，以使?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)具有更高的生物利用率。木聚糖酶抑制劑的抑制活性阻止了酶的這種積極作用，因此使其在動物生產(chǎn)上具有良好的經(jīng)濟(jì)意義。研究表明，較高水平的XI會對肉雞的生產(chǎn)性能產(chǎn)生負(fù)面影響。例如，在一項研究中，用具有較高抑制活性的谷物飼喂肉雞，在第14天，肉雞體重比用抑制活性較低的谷物飼喂的肉雞低7％。Ponte等的另一項研究也得出結(jié)論，硬質(zhì)小麥中的木聚糖酶抑制劑可以降低肉雞日糧中外源性木聚糖酶的活性。

2" XI耐高溫

盡管木聚糖酶抑制劑可以以不同的方式影響外源性木聚糖酶的性能，但近幾十年來，在木聚糖酶發(fā)展過程中，人們很少關(guān)注降低木聚糖酶對木聚糖酶抑制劑的敏感性問題。首先，人們認(rèn)為木聚糖酶抑制劑在飼料制粒過程中會變性或被破壞，導(dǎo)致這一問題常被忽略。然而，Smeets等的研究表明，木聚糖酶抑制劑可以耐高溫。他們證明，將小麥暴露于80、85、92和95 ℃的制粒溫度下，木聚糖酶抑制劑的活性分別可以恢復(fù)99％、100％、75％和54％。其他研究也證實，飼料在70～90 ℃下調(diào)制30 min，然后進(jìn)行制粒，對試驗飼料中的XI活性幾乎沒有影響，這表明木聚糖酶抑制劑很可能存在于大多數(shù)添加了木聚糖酶的動物飼料中。

3" XI影響多種飼料成分的使用

在Debyser等首次報道小麥中存在木聚糖酶抑制劑后，相關(guān)研究人員在玉米、大米和高粱等其他谷物中也發(fā)現(xiàn)了木聚糖酶抑制劑，并且多篇報道證實了它們參與木聚糖酶抑制和植物防御。在歐洲以外的大多數(shù)國家，外源性木聚糖酶不僅用于小麥型日糧，也用于玉米型日糧。除了肉雞飼料外，其他動物飼料，如作為混合谷物型日糧一部分的蛋雞日糧或豬飼料，也容易受到木聚糖酶抑制劑活性的影響。

如今，隨著原料價格的上漲，營養(yǎng)學(xué)家傾向于使用其他飼料原料和當(dāng)?shù)厣a(chǎn)的谷物，由此導(dǎo)致情況變得越來越糟。它們需要一種對木聚糖酶抑制劑有抗性的木聚糖酶。

4" 木聚糖酶對木聚糖酶抑制劑的耐受性至關(guān)重要

為了防止木聚糖酶因谷物原料中存在木聚糖酶抑制劑而失去作用，新一代木聚糖酶對這些物質(zhì)的耐受性在開發(fā)過程中至關(guān)重要，包括酶的發(fā)現(xiàn)和工程。在過去的25年中，科學(xué)家們了解了很多關(guān)于XI-編碼基因的知識，并發(fā)現(xiàn)了木聚糖酶抑制劑如何阻斷微生物木聚糖酶的作用。此外，對木聚糖酶和木聚糖酶抑制劑之間相互作用的結(jié)構(gòu)方面的認(rèn)識顯著增加，主要是木聚糖酶抑制劑如何與真菌或細(xì)菌以及GH-10或GH-11家族中的特定木聚糖酶相互作用?；谶@一認(rèn)識，新一代木聚糖酶Axxess XY應(yīng)運(yùn)而生。除了具有內(nèi)在熱穩(wěn)定性以及對可溶性和不溶性阿拉伯木聚糖表現(xiàn)出多功能活性的基本特征外，它還對木聚糖酶抑制劑具有耐受性。Axxess XY將木聚糖酶在動物飼料中的應(yīng)用提升到了一個新的水平。

最近的科學(xué)發(fā)展和內(nèi)部研究可以歸納如下，Axxess XY對木聚糖酶抑制劑的高耐受性是其選擇源自細(xì)菌GH-11和GH-10家族的新型木聚糖酶的原因之一（圖1）。德國祎威能（EW Nutrition）動物營養(yǎng)公司與其研究伙伴一起，對全球不同供應(yīng)商銷售的木聚糖酶和Axxess XY進(jìn)行了有趣的基準(zhǔn)比較。在這些試驗中，研究人員提取了小麥中的所有木聚糖酶抑制劑。將抑制劑與相應(yīng)的木聚糖酶在40 ℃（模擬鳥類體溫）下孵育30 min，通過分析孵育后的剩余活性來計算木聚糖酶活性的損失（圖2）。在不同的市售木聚糖酶中觀察到活性出現(xiàn)了不同程度的損失，一些木聚糖酶完全喪失活性。

5" 穩(wěn)定性

木聚糖酶抑制劑存在于所有谷物中，且耐熱（在90 ℃仍能保留75％的抑制活性）。無論采用何種日糧，所使用的木聚糖酶都可能會遇到木聚糖酶抑制劑，導(dǎo)致活性降低或喪失。更重要的是，這可能會導(dǎo)致動物生產(chǎn)性能不一致。為了有效、穩(wěn)定和更好地應(yīng)用非淀粉多糖（non-starch polysaccharides，NSPs）酶，至關(guān)重要的是使用對木聚糖酶抑制劑具有耐受性的木聚糖酶。

原題名：Overcoming the challenges of xylanase inhibitors（英文）

原作者：Drajay Awati[祎威能（EW Nutrition）動物營養(yǎng)公司]