石斑鱼病毒防疫大突破 水产养殖业新契机
2015-11-12 01:04


国家同步辐射研究中心的陈俊荣教授、陈乃齐博士生研究助理以及成功大学生物科技所陈宗岳教授等人,利用台湾光源(Taiwan Light Source,TLS)及日本春八同步加速器光源(SPring-8)进行跨国研究,耗时近 5 年首度解析出“石斑鱼神经坏死病毒(Grouper Nervous Necrosis Virus,GNNV)”的三维结构,并发现病毒表面密布了“突出单元”(Protrusion Domain),成为全球第一个发现这个结构的研究团队,研究成果登上国际知名期刊《PLoS 病原体》(PLoS Phathogens)。



同步加速器光源,让病毒无所遁形


台湾素有石斑鱼养殖王国的美称,每年石斑鱼的产值超过 80 亿台币,名列世界第一,而产量年约 2.5 万公吨,位居世界第二。然而,近年来却经常爆发石斑鱼病毒感染的疫情,只要有一只石斑鱼受到感染,整池鱼就会在短时间大量死亡,造成养殖业重大损失。

▲ 石斑鱼神经坏死病毒透过眼睛及脑部感染鱼的中枢神经。


这个研究首度发现,此病毒表面均匀密布了 60 颗高对称性的突出单元,每颗突出单元各由 3 个外鞘蛋白所组成,结构相当复杂精细。突出单元的功能像是“钥匙”,与鱼类细胞膜上的受器结合后,可以开启鱼类细胞膜大门进而造成感染死亡。


陈俊荣教授表示,本研究使用的“同步加速器高强度 X 光”,亮度为传统 X 光的 1 亿倍以上,可以让这些“钥匙”上的细微刻痕无所遁形,其空间分辨率优于电子显微镜近 10 倍,可以解析出精细度达 0.36 纳米的结构,相当于头发直径的三十万分之一。


疫苗研发新利器,台湾养殖业新革命


石斑鱼是台湾养殖业中经济价值最高的鱼种之一,但经常受到病毒感染或环境不良等因素,使得鱼苗育成率小于 1%,而目前市面上的石斑鱼疫苗注射成本高且专一性低,效果不彰。


陈宗岳教授指出,以往透过电子显微镜只能看到“钥匙”的模糊型体,所以无法发展出专一性的疫苗,往往造成疫苗乱枪打鸟而无法有效阻止病毒入侵。未来若以“钥匙”的细微刻痕做为“抗原决定位(Antigenic Epitope)”,可望研发标靶疫苗,大幅提升疫苗的有效性,为石斑鱼养殖业带来新革命。


陈乃齐表示,此研究最困难的关键技术之一,在于利用“蛋白质结晶学技术”培育高品质的病毒晶体,培育病毒就像呵护小孩一样,近 5 年间培育并筛选了数百个晶体,才获得高分辨率的数据。


台湾光子源在蛋白质与生命科学研究的新契机


陈俊荣教授说,蛋白质结晶学技术结合同步加速器高强度X光,是解析病毒结构的重要关键。石斑鱼神经坏死病毒的直径约 30 纳米,体积比一般蛋白质大上 10 倍,体积越大就越难培育出高品质的病毒晶体,同时也需要更高强度的 X 光才能取得高分辨率的数据,因此研究困难度极高。


明年即将启用的台湾光子源(Taiwan Photon Source,TPS),亮度是现有台湾光源的 1 万倍以上,可以解析出更高分辨率的影像结构,即使病毒结晶太小或品质较差,台湾光子源的超亮 X 光仍可以解出病毒结构,未来估计可以节省 10 倍以上的实验时间,并可运用在更为复杂的蛋白质结构研究,以发展各种标靶药物。


图文来自“ TechNews 科技新报”,由“水产热点”编辑整理。