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台灣水產養殖業新契機 同步加速器光源研究石斑魚病毒防疫重大突破

大成報/ 2015.11.12 00:00
【大成報記者羅蔚舟/新竹報導】

國家同步輻射研中心的陳俊榮教授、陳乃齊博士生研究助理以及成功大學生物科技所陳宗嶽教授等人,利用台灣光源(Taiwan Light Source, TLS)及日本春八同步加速器光源(SPring-8)進行跨國研究,耗時近五年首度解析出「石斑魚神經壞死病毒(Grouper Nervous Necrosis Virus, GNNV)」的三維結構,並發現病毒表面密佈了「突出單元」(Protrusion Domain),成為全球第一個發現這個結構的研究團隊,研究成果登上國際知名期刊《PLoS病原體》(PLoS Phathogens)。

█同步加速器光源 讓病毒無所遁形

國家同步輻射研中心指出,台灣素有石斑魚養殖王國的美稱,每年石斑魚的產值超過80億台幣,名列世界第一,而產量年約2.5萬公噸,位居世界第二。然而,近年來卻經常爆發石斑魚病毒感染的疫情,只要有一隻石斑魚受到感染,整池魚就會在短時間大量死亡,造成養殖業重大損失。

這個研究首度發現,此病毒表面均勻密佈了60顆高對稱性的突出單元,每顆突出單元各由3個外鞘蛋白所組成,結構相當複雜精細。突出單元的功能像是「鑰匙」,與魚類細胞膜上的受器結合後,可以開啟魚類細胞膜大門進而造成感染死亡。

陳俊榮教授表示,本研究使用的「同步加速器高強度X光」,亮度為傳統X光的一億倍以上,可以讓這些「鑰匙」上的細微刻痕無所遁形,其空間解析度優於電子顯微鏡近十倍,可以解析出精細度達0.36奈米的結構,相當於頭髮直徑的三十萬分之一。

█疫苗研發新利器 台灣養殖業新革命

同步輻射研中心指出,石斑魚是台灣養殖業中經濟價值最高的魚種之一,但經常受到病毒感染或環境不良等因素,使得魚苗育成率小於1%,而目前市面上的石斑魚疫苗注射成本高且專一性低,效果不彰。

陳宗嶽教授指出,以往透過電子顯微鏡只能看到「鑰匙」的模糊型體,所以無法發展出專一性的疫苗,往往造成疫苗亂槍打鳥而無法有效阻止病毒入侵。未來若以「鑰匙」的細微刻痕作為「抗原決定位(Antigenic Epitope)」,可望研發標靶疫苗,大幅提升疫苗的有效性,為石斑魚養殖業帶來新革命。

陳乃齊表示,此研究最困難的關鍵技術之一,在於利用「蛋白質結晶學技術」培育高品質的病毒晶體,培育病毒就像呵護小孩一樣,近五年間培育並篩選了數百個晶體,才獲得高解析度的數據。

█台灣光子源在蛋白質與生命科學研究的新契機

陳俊榮教授說,蛋白質結晶學技術結合同步加速器高強度X光,是解析病毒結構的重要關鍵。石斑魚神經壞死病毒的直徑約30奈米,體積比一般蛋白質大上十倍,體積越大就越難培育出高品質的病毒晶體,同時也需要更高強度的X光才能取得高解析度的數據,因此研究困難度極高。

同步輻射研中心指出,明年即將啟用的台灣光子源(Taiwan Photon Source, TPS),亮度是現有台灣光源的1萬倍以上,可以解析出更高解析度的影像結構,即使病毒結晶太小或品質較差,台灣光子源的超亮X光仍可以解出病毒結構,未來估計可以節省十倍以上的實驗時間,並可運用在更為複雜的蛋白質結構研究,以發展各種標靶藥物。

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