台灣光子源高強度X光下蝦白尾症病毒的精細影像。

全球第一!國輻中心解出蝦白尾症病毒結構 養殖業現曙光

【記者鄭銘德/新竹報導】國家同步輻射研究中心陳俊榮副主任與陳乃齊博士等人,利用「同步輻射高強度X光蛋白質結晶學技術」與新穎的「冷凍電子顯微鏡技術」,歷時近五年成功解開「蝦白尾症病毒」的精細三維結構與病毒形成過程,成為全球第一個解開此結構的研究團隊,研究成果於2月20日榮登「自然(Nature)」的系列期刊「通訊生物(Communications Biology)」。

蝦子深受消費市場歡迎,國際貿易值在水產品中排名第二,僅次於鮭、鱒魚類。全球蝦類養殖產量年約500萬公噸,產值達300億美金,具有非常重要的經濟價值。然而,多年來蝦類養殖業持續飽受各類病害的威脅,經常在短時間爆發大規模死亡疫情,使得業者血本無歸,其中「白尾症」會導致蝦子尾部肌肉白化,在蝦苗與幼蝦階段的致死率接近100%,目前尚無有效防治措施。

全球蝦類養殖中,白蝦產量占80%高居第一,而泰國蝦則是台灣蝦類養殖業中,經濟價值最高的品種之一,該研究針對「南美白對蝦(俗稱白蝦)白尾症病毒」及「淡水長臂大蝦(俗稱泰國蝦)白尾症病毒」進行解析。

陳俊榮表示,病毒的結構相當複雜,因此研究困難度極高。以南美白對蝦白尾症病毒為例,外觀為直徑約35奈米的二十面立方球體,由180個蛋白質所組成,中空球體內帶有病毒的基因遺傳分子(RNA),以往只能透過傳統電子顯微鏡觀察模糊的影像,而無法揭開病毒的細微結構。

該研究主要使用台灣光子源(Taiwan Photon Source, TPS)的高強度X光蛋白質結晶學技術,再輔以2017年諾貝爾化學獎的冷凍電子顯微鏡技術,成功觀察到組成病毒的650萬顆原子,解析度高達0.35奈米(頭髮直徑的億萬分之一)。研究發現病毒表面密佈180個蛋白質「突觸」,而每個突觸就像一把鑰匙,可以和蝦類細胞膜上的接收器結合,以開啟入侵蝦類細胞的大門。

陳俊榮指出,瞭解「鑰匙」的細微結構後,就能設計專一性的抗體疫苗,讓疫苗先與鑰匙結合,如此一來,鑰匙就無法插入蝦類細胞膜上的「鑰匙孔」,即可有效防疫。而傳統的研究方法猶如瞎子摸象,只能約略推測病毒結構來研發非專一性疫苗,往往防疫成效不佳,所以目前尚無商業疫苗上市。

陳乃齊表示,培養高品質的病毒晶體,是此研究的關鍵瓶頸。由於病毒結構複雜且不穩定,想要培養出排列有序的晶體,相當困難的。近五年間,持續嘗試在各種不同實驗條件下,培育了數百顆晶體,才成功揭開蝦白尾症病毒的神秘面紗。

目前蝦類養殖業者多採用良種選育、免疫調節物質與化學藥劑消毒等作法,來提升產量與品質。良種選育是一項耗時耗力的鉅額投資,且長時間下來會有種質退化的現象,而免疫調節物質與化學藥劑則可能會造成食安問題與生態危機。

如今,台灣學者領先國際,成功解出蝦白尾症病毒的結構,掌握了病毒的生命密碼,同時瞭解感染途徑與致病機制,未來可望發展專一性標靶疫苗,掀起養殖業的巨大革命。

傳統電子顯微鏡下蝦白尾症病毒的粗略影像

淡水長臂大蝦(俗稱泰國蝦)

蝦白尾症病毒晶體