谈到替代抗生素，就不能不提镓离子抗菌，原因在此！

广东一枝花

随着2020年的临近饲料抗生素即将全面禁用，全新抗生素的替代产品的需求也日益紧迫。虽然市面上各类替抗产品不少，但基本上没有一种能完全取代抗生素。这方面可以借鉴下欧美的无抗养殖技术，例如获得美国食品药品监督管理局（FDA）批准的镓Ga，就具有良好抗菌活性，在很多国家无抗养殖方面都取得了比较好抗菌效果。

01 铁对细菌的重要性

·铁Fe能给细菌提供营养，加剧机体感染状况，细菌繁殖如得不到铁的供给，生长受阻

·铁Fe是机体氧转运不可缺少的成分，是参与机体能量代谢的酶的重要组成部分

细菌的对铁需求的步骤：

1、机体组织损伤释放血红蛋白，血红蛋白解离成两个亚基，与肝珠蛋白结合为肝珠蛋白复合物。

2、当释放的血红蛋白超过肝珠蛋白的结合容量，剩余的血红蛋白即被氧化解离为高铁血红素及珠蛋白。

3、细菌利用高铁血红素包括羟高铁血红素来获取所需要的铁。

细菌生长的外环境中只要有少量高铁血红素，细菌就迅速繁殖，这便可解释为什么在机体受损（如外部伤口、肠道损伤）时更容易造成伤口细菌感染！

02 镓为什么能进入细菌体内？

镓Ga与铁Fe的相似性使生物系统无法分别镓和铁，外源性镓进入细胞后取代蛋白结构中的铁。

03 镓如何进入细菌内？

镓利用铁转运系统穿过细菌的细胞膜，细菌通过3种主要机制来摄取镓。

1、基于铁载体的转运系统
2、基于红血素的铁转运系统
3、基于转铁蛋白与乳铁蛋白受体的铁转运系统

04 镓的抗菌机制

1、镓利用细菌对铁的依赖性发挥抗菌作用。

（1）细菌入侵机体后，必须从机体中获得游离的铁离子才能正常生长。
（2）细胞内的镓代替铁进入必要的蛋白质和酶而扰乱铁代谢。

*Fe3+还原为Fe2+是许多细胞代谢的关键步骤，因为许多蛋白质需要Fe3+作为关键辅助因子；与铁不同，镓在生理条件下不能还原，因此不能参与氧化还原反应，最终抑制细菌的基本功能，抑制细菌生长甚至导致细菌死亡。

2、镓参与多种代谢途径，对细菌细胞引起多种有害影响。

3、镓与铁竞争，参与细菌的关键功能，是RDR酶的有效抑制剂。

*许多含铁酶参与细菌的关键功能，如DNA合成和修复、蛋白合成、呼吸和氧化应激反应。在DNA合成的关键酶——RDR酶中，就存在镓与铁的竞争。研究证实，镓是从结核分歧杆菌中纯化出来的RDR酶的有效抑制剂。

05 镓作为新型抗菌素的好处

镓是一种典型的多靶点药物，它会干扰代谢，损害多种铁依赖性的功能，而铁是细菌必须的，靶突变、药物修饰或替代代谢途径等耐药机制均不能使细菌克服镓的抑制作用，所以细菌不易对镓产生耐药性。

同时，实验证明，镓Ga对广谱抗菌、多重耐药菌（针对多重耐药菌的联合用药效果好，其活性与其他药物有协同作用）、超级细菌等都有较好的效果。

06 镓为什么仅对有害菌起作用？

增长越快速、代谢越旺盛的细菌（如癌细胞、有害菌）对铁的需求更强，因此镓更优先与其结合，杀伤力更强。

有益菌反而得到更有利的生存条件。

07 镓抗菌论文/报道

• 吕毅华, 李昕, 刘周, et al. 镓在抗菌方面的研究进展[J]. 中国抗生素杂志, 2018, v.43(04):35-41.
• 马超. 无机镓化合物抗菌性能研究[D]. 2015.
• 新华网-《金属镓成为抗菌利器》2018-10-08 07:00:32
• 中国科学院，《科学家探索出非常规细菌感染治疗策略》，2018-09-28
• 华盛顿大学、约翰霍普金斯大学，《科学转化医学》，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.