非非洲豬瘟病毒（ASFV）疫情持續延燒，凸顯了傳染疾病對畜牧生產的破壞性影響。
飼料是病毒和細菌病原體傳播的重要媒介，目前業界正積極研發能降低飼料中病原水平並改善動物健康的飼料添加劑。在廣泛使用抗生素受到遏制以及飼料中部分禁止使用甲醛的背景下，急需創新型的飼料添加劑來抑制病毒和細菌。
中鏈脂肪酸（MCFA）與中鏈單甘油酯（MCMG）
MCFA 與 MCMG 的定義：中鏈脂肪酸（medium-chain fatty acids, MCFAs）和中鏈單甘油酯（medium-chain monoglycerides, MCMGs）已經成為具有吸引力的飼料添加劑選項。MCFA是指含有6～12個碳原子的脂肪酸；MCMG 則是 MCFA 與甘油分子結合而成的衍生物。MCFA 和 MCMG 存在於自然界中，且被各國監管機構普遍認為是安全的。
廣泛的抗微生物活性：MCFA 和 MCMG 最引人注目的特性之一是對多種病毒和細菌具備廣泛的抗微生物作用。不同於典型的抗病毒劑或抗生素只針對病毒或細菌，MCFA 和 MCMG能同時抑制病毒與細菌，因為它們瞄準了二者共同的致命弱點——圍繞在具包膜病毒和細菌外圍的脂質膜外殼。
病毒感染與 MCFA/MCMG 機制：病毒感染由奈米級的病毒顆粒引起。這些病毒顆粒會附著並進入易感的動物或人體細胞，在其中製造更多病毒顆粒，然後釋放並傳播到其他細胞。一部分病毒顆粒最終可能透過唾液、呼吸道飛沫、糞便或受污染的飼料傳播給其他動物。大多數抗病毒策略僅能抑制新病毒顆粒的產生，而 MCFA 和 MCMG 則直接作用於現有的病毒顆粒——透過破壞其脂質膜外殼，使病毒失去感染力（見圖1）。這樣的作用機制已在許多具脂質包膜的病毒上得到驗證，包括非洲豬瘟病毒、豬流行性下痢病毒（PEDV）以及禽流感病毒等。
MCFA 和 MCMG 不僅能防止病毒顆粒感染細胞，還可以阻止病毒顆粒的進一步傳播。同樣地，MCFA 和 MCMG 對許多與畜牧疾病及人類食源性疾病相關的細菌性病原體也表現出抑制活性。
對細菌細胞的影響：與病毒不同，細菌細胞可以自行繁殖。細菌細胞的存活和繁殖能力都依賴於其細胞膜功能的正常運作。MCFA 和 MCMG 能破壞細菌細胞膜，導致各種後果，例如使細胞膜變得滲漏、干擾正常的訊號傳導途徑以及破壞能量代謝（見圖1）。這些效應可能抑制細菌細胞的增殖，甚至在膜損傷足夠嚴重時導致細菌細胞死亡。
圖1. MCFAs 與 MCMGs 通過破壞脂質膜來抑制具有脂質膜包覆的病毒顆粒和細菌細胞的機理示意圖。
飼料中的應用
早期在畜牧業中的一些研究工作就著眼於將 MCFA 和 MCMG 作為生長促進劑，以期能取代抗生素的作用。
大量科學文獻記載，將 MCFA 和 MCMG 作為飼料添加劑可以改善多項生產表現，例如提升生長績效、改善免疫指標以及增進豬禽的腸道健康。這些正面成果很大程度上源於 MCFA 和 MCMG 對腸道微生物族群的調節作用，以及對病毒和細菌病原體的抑制作用。
近來，人們重新關注利用 MCFA 和 MCMG 作為飼料添加劑來遏制病毒經由飼料的傳播，例如用以對抗 ASFV、PEDV 等病毒。飼料中的病毒含量越高，攝入該飼料的動物就有越高的感染機率。MCFA 和 MCMG 展現出減少飼料中病毒載量的極大潛力，同時也能在飼料和動物體內抑制細菌性病原，從而有助於預防並降低感染所帶來的影響。
在飼料應用中，有一個重要點涉及 MCFA 和 MCMG 的分子結構。通常情況下，它們存在於更大的中鏈三酸甘油酯（medium-chain triglycerides, MCT）結構中，含有 MCT 的油脂產品往往聲稱其中含有 MCFA 和 MCMG。
然而，只有當 MCFA 和 MCMG 以游離形式存在時，它們在飼料中才具有活性，若以 MCT 形式存在則無法發揮作用。某些植物性飼料中含有脂肪酶，可部分釋放出其中的 MCFA 和 MCMG；而直接添加游離型的 MCFA 和 MCMG 則能更好地控制其在飼料中的添加劑量和活性。
隨著微膠囊包覆技術的不斷進步，這些在分子層面的認識正加深我們對 MCFA 和 MCMG 工作機理的理解，並啟發我們制定更優化的應用策略。新的實驗技術手段也進一步加速了這方面的研究。
創新潛力
研究人員早已知道，MCFA 和 MCMG 的抑制活性與對病毒或細菌脂質膜的破壞有關。然而，要解釋為什麼不同的 MCFA 和 MCMG 所展現的抑制效力存在差異卻一直是個挑戰。
一項新的解決思路是引入一種稱為支撐型脂質雙層（supported lipid bilayer, SLB）的工程實驗平台，它能模擬生物膜的基本結構特性。利用 SLB 技術，研究者如今可以直接觀察 MCFA 和 MCMG 與脂質膜在分子層級的相互作用。
SLB 平台的實驗能力顯示，不同的 MCFA 和 MCMG 與脂質膜的交互作用方式有所不同，這取決於所測試的 MCFA 或 MCMG 的分子特性，例如分子的鏈長、形狀和電荷等。
SLB 研究的另一項重大發現是：MCFA 和 MCMG 單個分子本身並不具備破壞膜的效應。相反地，它們會自發聚集成一種稱為微胞的奈米級結構——每個微胞由數百個甚至更多的分子組成——這些微胞才具有破壞膜的功能。基於這些新的見解，研究人員開始將不同的 MCFA 和 MCMG 進行合理配比混合，以形成具增強破膜功能的微胞混合物。
應用前景
我們預見，MCFA 和 MCMG 作為飼料添加劑在畜牧生產中具有巨大的應用潛力。持續將這些分子層級的見解轉化為工程化的飼料添加劑混合方案，或可開發出具有不同膜破壞活性強度與病原靶向範圍的精準配方產品（見圖2）。
同時，有必要更深入地研究 MCFA 和 MCMG 在飼料以及動物體內的殺病毒機制。展望未來，以這種跨學科方式來探索 MCFA 和 MCMG 作為飼料添加劑，在畜牧生產中對各種病毒和細菌性疾病都高度相關，而且此方法也可望推廣應用到許多不同的動物物種上。
更多資訊
本文章的部分主題內容摘自作者們發表的一篇更全面的綜述：
Jackman, J.A., R.D. Boyd 和 C.C. Elrod. 2020 年發表。Medium-chain fatty acids and monoglycerides as feed
additives for pig
production: Towards gut health improvement and feed pathogen mitigation. J. Anim. Sci. Biotechnol. 11:1–15.
- Yoon, B.K., J.A. Jackman, E.R. Valle-Gonzalez 和 N.-J. Cho. 2018 年發表。Antibacterial free fatty acids and monoglycerides: Biological activities, experimental testing and therapeutic applications. Int. J. Mol. Sci. 19:1114.
- Yoon, B.K., S. Park, J.A. Jackman 和 N.-J. Cho. 2020 年發表。Supported lipid bilayer platform for characterizing the optimization of mixed monoglyceride nano-micelles. Appl. Mater. Today 19:100598.
非非洲豬瘟病毒（ASFV）疫情持續延燒，凸顯了傳染疾病對畜牧生產的破壞性影響。
飼料是病毒和細菌病原體傳播的重要媒介，目前業界正積極研發能降低飼料中病原水平並改善動物健康的飼料添加劑。在廣泛使用抗生素受到遏制以及飼料中部分禁止使用甲醛的背景下，急需創新型的飼料添加劑來抑制病毒和細菌。
中鏈脂肪酸（MCFA）與中鏈單甘油酯（MCMG）
MCFA 與 MCMG 的定義：中鏈脂肪酸（medium-chain fatty acids, MCFAs）和中鏈單甘油酯（medium-chain monoglycerides, MCMGs）已經成為具有吸引力的飼料添加劑選項。MCFA是指含有6～12個碳原子的脂肪酸；MCMG 則是 MCFA 與甘油分子結合而成的衍生物。MCFA 和 MCMG 存在於自然界中，且被各國監管機構普遍認為是安全的。
廣泛的抗微生物活性：MCFA 和 MCMG 最引人注目的特性之一是對多種病毒和細菌具備廣泛的抗微生物作用。不同於典型的抗病毒劑或抗生素只針對病毒或細菌，MCFA 和 MCMG能同時抑制病毒與細菌，因為它們瞄準了二者共同的致命弱點——圍繞在具包膜病毒和細菌外圍的脂質膜外殼。
病毒感染與 MCFA/MCMG 機制：病毒感染由奈米級的病毒顆粒引起。這些病毒顆粒會附著並進入易感的動物或人體細胞，在其中製造更多病毒顆粒，然後釋放並傳播到其他細胞。一部分病毒顆粒最終可能透過唾液、呼吸道飛沫、糞便或受污染的飼料傳播給其他動物。大多數抗病毒策略僅能抑制新病毒顆粒的產生，而 MCFA 和 MCMG 則直接作用於現有的病毒顆粒——透過破壞其脂質膜外殼，使病毒失去感染力（見圖1）。這樣的作用機制已在許多具脂質包膜的病毒上得到驗證，包括非洲豬瘟病毒、豬流行性下痢病毒（PEDV）以及禽流感病毒等。
MCFA 和 MCMG 不僅能防止病毒顆粒感染細胞，還可以阻止病毒顆粒的進一步傳播。同樣地，MCFA 和 MCMG 對許多與畜牧疾病及人類食源性疾病相關的細菌性病原體也表現出抑制活性。
對細菌細胞的影響：與病毒不同，細菌細胞可以自行繁殖。細菌細胞的存活和繁殖能力都依賴於其細胞膜功能的正常運作。MCFA 和 MCMG 能破壞細菌細胞膜，導致各種後果，例如使細胞膜變得滲漏、干擾正常的訊號傳導途徑以及破壞能量代謝（見圖1）。這些效應可能抑制細菌細胞的增殖，甚至在膜損傷足夠嚴重時導致細菌細胞死亡。
圖1. MCFAs 與 MCMGs 通過破壞脂質膜來抑制具有脂質膜包覆的病毒顆粒和細菌細胞的機理示意圖。
飼料中的應用
早期在畜牧業中的一些研究工作就著眼於將 MCFA 和 MCMG 作為生長促進劑，以期能取代抗生素的作用。
大量科學文獻記載，將 MCFA 和 MCMG 作為飼料添加劑可以改善多項生產表現，例如提升生長績效、改善免疫指標以及增進豬禽的腸道健康。這些正面成果很大程度上源於 MCFA 和 MCMG 對腸道微生物族群的調節作用，以及對病毒和細菌病原體的抑制作用。
近來，人們重新關注利用 MCFA 和 MCMG 作為飼料添加劑來遏制病毒經由飼料的傳播，例如用以對抗 ASFV、PEDV 等病毒。飼料中的病毒含量越高，攝入該飼料的動物就有越高的感染機率。MCFA 和 MCMG 展現出減少飼料中病毒載量的極大潛力，同時也能在飼料和動物體內抑制細菌性病原，從而有助於預防並降低感染所帶來的影響。
在飼料應用中，有一個重要點涉及 MCFA 和 MCMG 的分子結構。通常情況下，它們存在於更大的中鏈三酸甘油酯（medium-chain triglycerides, MCT）結構中，含有 MCT 的油脂產品往往聲稱其中含有 MCFA 和 MCMG。
然而，只有當 MCFA 和 MCMG 以游離形式存在時，它們在飼料中才具有活性，若以 MCT 形式存在則無法發揮作用。某些植物性飼料中含有脂肪酶，可部分釋放出其中的 MCFA 和 MCMG；而直接添加游離型的 MCFA 和 MCMG 則能更好地控制其在飼料中的添加劑量和活性。
隨著微膠囊包覆技術的不斷進步，這些在分子層面的認識正加深我們對 MCFA 和 MCMG 工作機理的理解，並啟發我們制定更優化的應用策略。新的實驗技術手段也進一步加速了這方面的研究。
創新潛力
研究人員早已知道，MCFA 和 MCMG 的抑制活性與對病毒或細菌脂質膜的破壞有關。然而，要解釋為什麼不同的 MCFA 和 MCMG 所展現的抑制效力存在差異卻一直是個挑戰。
一項新的解決思路是引入一種稱為支撐型脂質雙層（supported lipid bilayer, SLB）的工程實驗平台，它能模擬生物膜的基本結構特性。利用 SLB 技術，研究者如今可以直接觀察 MCFA 和 MCMG 與脂質膜在分子層級的相互作用。
SLB 平台的實驗能力顯示，不同的 MCFA 和 MCMG 與脂質膜的交互作用方式有所不同，這取決於所測試的 MCFA 或 MCMG 的分子特性，例如分子的鏈長、形狀和電荷等。
SLB 研究的另一項重大發現是：MCFA 和 MCMG 單個分子本身並不具備破壞膜的效應。相反地，它們會自發聚集成一種稱為微胞的奈米級結構——每個微胞由數百個甚至更多的分子組成——這些微胞才具有破壞膜的功能。基於這些新的見解，研究人員開始將不同的 MCFA 和 MCMG 進行合理配比混合，以形成具增強破膜功能的微胞混合物。
應用前景
我們預見，MCFA 和 MCMG 作為飼料添加劑在畜牧生產中具有巨大的應用潛力。持續將這些分子層級的見解轉化為工程化的飼料添加劑混合方案，或可開發出具有不同膜破壞活性強度與病原靶向範圍的精準配方產品（見圖2）。
同時，有必要更深入地研究 MCFA 和 MCMG 在飼料以及動物體內的殺病毒機制。展望未來，以這種跨學科方式來探索 MCFA 和 MCMG 作為飼料添加劑，在畜牧生產中對各種病毒和細菌性疾病都高度相關，而且此方法也可望推廣應用到許多不同的動物物種上。
更多資訊
本文章的部分主題內容摘自作者們發表的一篇更全面的綜述：
Jackman, J.A., R.D. Boyd 和 C.C. Elrod. 2020 年發表。Medium-chain fatty acids and monoglycerides as feed
additives for pig
production: Towards gut health improvement and feed pathogen mitigation. J. Anim. Sci. Biotechnol. 11:1–15.
- Yoon, B.K., J.A. Jackman, E.R. Valle-Gonzalez 和 N.-J. Cho. 2018 年發表。Antibacterial free fatty acids and monoglycerides: Biological activities, experimental testing and therapeutic applications. Int. J. Mol. Sci. 19:1114.
- Yoon, B.K., S. Park, J.A. Jackman 和 N.-J. Cho. 2020 年發表。Supported lipid bilayer platform for characterizing the optimization of mixed monoglyceride nano-micelles. Appl. Mater. Today 19:100598.