摘要：细菌引起的流行病和传染病严重威胁着全球人民的健康。此外，抗生素治疗导致细菌耐药性日益严重，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。由于人工合成化学品的安全性和耐药性日益受到关注，具有抗菌活性和良好生物相容性的天然提取物备受关注。

细菌引起的流行病和传染病严重威胁着全球人民的健康。此外，抗生素治疗导致细菌耐药性日益严重，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。由于人工合成化学品的安全性和耐药性日益受到关注，具有抗菌活性和良好生物相容性的天然提取物备受关注。

这些抗菌成分可以被分离出来并作为抗菌剂使用，也可以利用现代辅助技术将其转化、组合或用其他物质包裹，以协同对抗细菌。本文综述了近年来植物、动物和微生物三种来源的天然提取物在抗菌方面的研究进展。本文讨论了天然提取物的抗菌机制，并展望了天然提取物在抗菌领域的发展前景。

1.1细菌感染和耐药性的挑战

自古以来，细菌感染一直威胁着全世界人民的健康。仅在美国，耐抗生素细菌感染每年就造成约23000人死亡，造成的损失超过100亿美元由革兰阳性致病菌链球菌引起的肺炎和中耳炎等疾病每年折磨着大约50万儿童黑死病是人类历史上最致命的瘟疫，据报道起源于亚洲西南部，全世界约有7500万人死于黑死病。自1928年亚历山大·弗莱明博士发现青霉素以来，各种抗生素被开发并广泛用于治疗细菌感染性疾病。抗生素是杀灭某些致病细菌的微生物的代谢产物。

然而，抗生素的滥用导致细菌耐药性增加，导致了一场全球危机。世界卫生组织估计，全世界每年有70万人死于耐药细菌感染，在未来30年内，这一数字将上升到1000万为了解决细菌感染性疾病和细菌对抗生素耐药的挑战，研究人员开发了许多不使用抗生素或低剂量抗生素的策略来治疗细菌感染而不诱导细菌耐药，如基于光响应材料、官能化聚合物或接枝表面层的光动力疗法(PDT)和光热疗法(PTT)以及降低表面pH水平的阴离子嵌段共聚物，这些策略具有治疗迅速、杀菌效果好等独特优势。

然而，它们大多是在合成材料、金属、金属氧化物或金属盐或化合物上构建的，因此存在先天缺陷。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。此外，细菌甚至可以通过基因突变产生耐药性由于这些缺陷，它们的特定应用限制了其在生物医学领域的广泛应用。

1.2天然提取物作为抗菌剂的优势

一些中医古籍如《神农尝百草》、《李时珍本草纲目》等，对中药及其抗炎、杀菌作用的记载不胜枚举这项工作传达了我们的中国祖先的教训，我们的中国祖先传给我们的关于天然草药的抗菌特性的教训，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。上面提到的一些东西自古以来就被用来对抗细菌。

以富含活性成分和抗菌性能的天然提取物制备的抗菌材料，因其良好的生物相容性、可重复性、易获取、含量丰富、无毒等优点，能够满足现代生活的需要，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。同时，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、更便宜。表1简要介绍了有机抗菌剂、无机抗菌剂和天然抗菌剂的分类、特性和抗菌机制。

目前，越来越多的天然抗菌材料被开发出来。天然提取物分为三大类:植物、动物和微生物。一些比较常见的植物、动物和微生物提取物在这里进行了总结，并在图1中进行了描述。植物提取物多从植物的根、茎或叶中提取，而动物提取物主要从动物的壳、毛发和身体的某些成分中提取。微生物提取物主要是从不同的微生物中提取，以获得抗生素和多肽。

图1：概述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。

本文综述了近年来天然提取物作为抗菌药物的研究进展，包括抗菌天然提取物的种类、抗菌天然提取物对相关细菌性疾病的治疗作用及其抗菌机制。最后，对天然提取物治疗细菌性疾病的前景和面临的挑战进行了讨论和展望。

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。最重要的是，大多数提取物具有良好的生物相容性和无毒性，但可以对抗病原菌。

例如，木瓜组织提取物不仅具有生物活性，而且对胶孢炭疽菌具有抗真菌活性。在许多蔬菜中发现的有机硫化合物是传统药物和制剂的重要组成部分。有机硫化合物的抗菌机制也被揭示，这些重要的生物活性化合物在生物医学开发领域具有广阔的应用前景天然提取的多酚对包括生物膜中的牙周致病菌在内的多种致病菌具有抗菌作用。从葡萄柚中提取的富含多酚的红酒对牙龈卟啉单胞菌、伴放线菌聚集杆菌、具核梭杆菌和其他牙周致病菌具有抗菌作用以柠檬桉叶油作为抗生素，通过纳米脂质体包裹柠檬桉叶油，实现了柠檬桉叶油的抗菌活性因此，许多科学家一直在关注高等植物的药用力量，这些植物的提取物被发现对对抗多重耐药细菌有效

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。表2总结了植物中的抗菌成分。

花青素是构成花瓣和果实颜色的主要色素之一。花青素作为植物的次生代谢产物，在植物的生理过程中发挥着重要作用。例如，从葡萄籽中提取的花青素具有优良的抗氧化和抗菌性能，可用于预防冠心病和中风。

积雪草苷是从积雪草中提取的一种粉末，具有良好的血管生成以及抗癌、抗氧化、抗炎等生物学功能，可用于伤口愈合、外科伤口、烧伤、瘢痕疙瘩等疾病。

大蒜素和大蒜素都含有抗菌的硫化合物。具体来说，大蒜素是一种天然的植物杀菌剂，具有多种药理作用，如抗肿瘤、抗糖尿病、抗菌、协同降血压、杀菌、清除自由基、保护肝脏等。可杀灭各种危害人类的病原体，如致病性金黄色葡萄球菌、化脓性链球菌、痢疾杆菌、大肠杆菌、伤寒沙门菌、结核杆菌、白喉棒状杆菌、碳蛆大肠杆菌、枯草杆菌、脑膜炎双球菌、白葡萄球菌、链球菌、霍乱弧菌等，尤其是耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)。

大蒜素(Allicin)是一种来源于大蒜(Allium sativum，即大蒜)球茎的有机硫化合物，也存在于洋葱和其他葱属植物中。它是一种广谱抗菌药物，具有多种生物学功能，如减轻炎症、降低血压和血脂等。大蒜素可以抑制痢疾杆菌和伤寒杆菌的繁殖。此外，该提取物对葡萄球菌、肺炎球菌等具有明显的抑制和杀灭作用。芹菜素是一种黄酮类化合物，广泛分布于热带蔬菜和水果中。特别是芹菜素含量最高，具有多种生物活性，如保护心脑血管，以及抗肿瘤、抗病毒、抗菌等特性。

甜菜碱是一种首次在甜菜根中发现的水溶性含氮色素，是一种吡啶衍生物，以两种形式出现，即甜菜青素和甜菜黄质，如表2所示。冬凌草甲素是从传统中药冬凌草中分离得到的一种具有生物活性的天然物质，已被证明具有多种生物学特性，包括抗癌、抗炎和抗菌等特性。金雀异黄素是一种主要存在于豆科植物如苦豆子和大豆中的异黄酮，具有生理、抗菌和抗氧化等特性。其抗菌机制主要通过破坏细胞壁和细胞膜的完整性、抑制三羧酸循环(TAC)通路、蛋白质合成等实现。

姜黄素是一种从植物中提取的天然色素，是一种从姜黄中分离出来的酸性多酚化合物，具有抗炎和抗氧化作用，特别是对金黄色葡萄球菌有很强的抗菌作用。据报道，茶多酚或焦儿茶素被用于抗菌、抗癌和抗心血管疾病，以及抗低血糖、减肥等功能。

迷迭香酸(Rosmarinic acid, RosA)是从唇形科迷迭香中分离得到的一种水溶性天然酚酸化合物。它分布广泛，主要存在于唇形科和紫草科植物中。这种天然抗氧化剂具有很强的抗氧化活性，有助于保护细胞免受自由基损伤，因此可以降低患动脉粥样硬化和癌症的风险。RosA由于具有良好的抗炎、抗菌、抗病毒和抗肿瘤活性，在医药、食品、化妆品等领域具有重要的应用价值。

绿原酸(CA)是由咖啡酸和奎宁酸(1-羟基六氢没食子酸)生成的一种多酚酸，奎宁酸是一种由莽草酸途径在有氧呼吸过程中产生的苯丙酸化合物。绿原酸具有广泛的抗菌特性，是金银花的主要抗菌、抗病毒和有效药理成分之一。然而，在体内，它可以被蛋白质灭活。与咖啡酸类似，无论是腹腔注射还是口服给药，都能改善大鼠中枢神经系统的兴奋性，包括增加大鼠和小鼠小肠的蠕动，增加大鼠子宫的紧张，增加大鼠胆汁的分泌。

植物可分为草本植物、木本植物和食用植物。下面将概述这三种植物及其相应的抗菌提取物。

Diabetic Cutaneous Ulcers (DCU)、Iron Deficiency Anemia (IDA)、Wound Dressing against Gram-Positive Bacteria

Catalytic Accelerated Release (CAR)

2.2.2 Antibacterial Mechanism

2.3 Edible Plant

3 抗菌应用的动物提取物

同时，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，它是从螃蟹或虾的硬壳中提取的，这种材料由于其静电相互作用而表现出抗菌行为。最近的一项研究表明，从动物毛发中提取的黑色素可以在光照下用于对抗细菌，因为这种材料具有优良的光热性能。

一些动物分泌的多糖和蛋白质也可用于抗菌应用。例如，在蜂箱中生产的蜂蜜和在花蜜中采集的蜂蜜对革兰氏阳性细菌，如链球菌和葡萄球菌有很强的抑制作用。蜗牛分泌的黏液主要由蛋白质组成，可以纯化并用于制作抗菌剂。水母中含有丰富的抗菌生物质，主要由q -黏蛋白和胶原蛋白组成，可用于伤口包扎。

动物提取物已应用于生物医学抗菌治疗多年。例如，自古以来，蜂蜜就被作为药物用于各种感染性疾病的治疗。目前，从昆虫中分离出的抗菌蛋白有150多种，它们对细菌、病毒等机体分泌的微生物的入侵具有较强的抵抗力，具有耐热性、广泛的抗菌特性，并对耐药菌有一定的作用。昆虫抗菌蛋白，如蜻蜓和蝉的翅膀，具有抗菌特性。

著名的古代医家，如亚里士多德和狄奥科里特斯，经常使用蜂蜜治疗伤口和溃疡。由于其抗菌特性，蜂蜜也被用于治疗胃肠道和呼吸道问题。此外，还没有任何与蜂蜜相关的微生物耐药性的报道，这使得蜂蜜成为治疗耐抗生素细菌感染的非常有前景的治疗剂。牛至精油中的有效成分香芹酚同时降低了碎牛肉中大肠杆菌O157:H7的含量。海洋生物种类繁多，其中一些可以作为抗菌成分或化合物。通过提取水母的生物量，并将原位合成的抗菌纳米颗粒包裹在水母体内，制备一种智能伤口敷料装置。

明胶是指猪皮和牛皮经水解后提取的胶原蛋白产物。Dhand等人利用多羟基抗生素(具有不同数量的-OH基团)和明胶之间的强界面相互作用，以及利用碳酸铵扩散法将多羟基抗生素与聚多巴胺(PDA)原位交联，展示了一种长效抗菌纳米纤维垫的制备。动物提取物的抗菌应用可以从动物的外壳、毛发以及动物的内部成分等方面进行描述。

Wound Infection、Bone Implants Infection

3.2.2 Antibacterial Mechanism、Right Circularly Polarized Light (RCP)

4 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的最有效方法之一。抗生素、抗菌肽、噬菌体和其他抗菌物质可以从细菌、真菌和病毒中提取。细菌和真菌可以引起多种疾病。抗生素常在化学合成前从微生物中分离出来。例如，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、利博他霉素、庆大霉素、四环素、土霉素、氯霉素等一系列抗生素已被广泛用于治疗细菌感染。

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、天然抗菌肽和噬菌体三大类。

抗生素一词是指由高等动物、植物或微生物(如细菌、真菌和放线菌)产生的一组次级代谢物，它们具有抗致病或其他特性，并可能破坏其他活细胞的生长。天然抗生素是从微生物培养物中提取的。在过去的几十年里，抗生素在治疗细菌感染方面取得了巨大的成功，但它们也导致了耐药超级细菌的出现。

抗生素按其化学结构可分为青霉素类、头孢菌素类、氟喹诺酮类、氨基糖苷类和碳青霉烯类。原始抗菌肽是指昆虫体内诱导产生的具有抗菌活性的碱性多肽物质，多数具有强碱性、热稳定性、广谱抗菌活性等特点。世界上发现的第一个抗菌肽是天蚕素多肽，由瑞典科学家阿曼等人注射，由炭疽杆菌和大肠杆菌诱导产生。抗菌肽作为一种天然的抗菌药物，是天然免疫防御所必需的，具有阻止多种感染的能力，包括抵抗多种抗生素的细菌。噬菌体是侵入细菌的病毒，是赋予宿主细菌生物学特性的遗传物质。噬菌体吸附器官和受体在受体细菌表面的分子组成和互补性决定了宿主的严格特异性和噬菌体存在于活细菌中的要求。噬菌体是最常见且分布最广泛的病毒群，噬菌体通常存在于土壤和动物肠道中，这是两种细菌数量较多的环境。

5 总结和展望

人类的好奇心导致了新的细菌和病毒的出现，细菌感染的死亡率逐年上升。有三种杀菌剂: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。天然存在的小分子生物活性物质，如胆红素、姜黄素、白藜芦醇、迷迭香酸等，因其具有抗菌、抗炎、治疗潜力以及对人体健康的积极作用，越来越受到临床医生的关注。由天然提取物制成的抗菌材料对人体几乎没有伤害，在杀灭细菌的同时可以确保正常细胞不被破坏。因此，迫切需要开发出具有强大杀菌作用和长期疗效，同时不含有毒物质和抗生素的抗菌化合物。

例如，精油(EO)是从埃塞俄比亚使用最多的三种具有抗菌特性的传统药用植物cuspidata, B. ogadensis和T. schimper的地上部分提取的。喜玛拉雅是一种单叶药用植物，具有止血和抗菌的特性，被应用于医疗行业。目前，天然提取物已逐渐应用于抗菌纺织品的制备。以金银花提取物为原料，经特殊纺丝工艺制备天然抗菌纤维。这种抗菌纤维是天然降解、无毒性、无刺激、吸湿、皮肤舒适的纯天然绿色环保产品。然而，一些天然提取物具有较高的草本提取物，抗菌作用不持久，导致应用有限。抗微生物肽不易产生耐药性，但它们也有几个缺点。高生产成本、潜在的溶血或毒性、易降解的蛋白酶等因素严重限制了AMPS的临床应用。

自2019年以来，天然产物在抗击新型冠状病毒肺炎疫情中发挥了重要作用。此外，天然产物及其结构类似物在一些重大疾病，尤其是癌症和感染性疾病的药物治疗中发挥了重要作用。

然而，基于天然产物的药物发现仍然面临挑战，例如:

1)天然产物的筛选往往涉及自然资源的提取文库，这可能与传统的基于靶点的分析方法不兼容;

2)生物活性化合物的鉴定需要使用有效的去重复工具，避免已知化合物的重复发现;

3)生物活性天然产物的分离和表征需要获得足够的生物材料;

4)表现出生物活性的天然产物(未修饰)可能难以获得知识产权，因为天然产物的原始形式可能无法获得专利，这导致制药行业在20世纪90年代对天然产物的热情消退。

近年来，科学技术的进步，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。

在阅读相关杂志的同时，也应该多到户外去，观察大自然中的各种生物。也许到那时，会有更多新奇的发现和想法。2020年全球爆发新型冠状病毒肺炎(COVID-19)时，专家们指出，病毒起源于动物宿主，并因人类误食而传播和肆虐，这让我们深刻认识到，大自然是不可侵犯的，人类破坏自然的行为将会遭到报复。对于自然，我们应该尊重它的多样性，探索它的奇迹，但不要自以为是地征服它。

来源：华算科技