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海大與中研院聯手,從石斑魚腸道菌找出免疫力提升關鍵

2018/10/29

海大與中研院聯手,從石斑魚腸道菌找出免疫力提升關鍵

 全球水產養殖業發展與疾病密不可分,病毒、細菌、真菌等感染問題都會對產業造成重大損失,過去20幾年來,養殖業的研究大多著重於篩選益生菌,將其應用在飼料添加與水質管理,以強化魚體免疫能力。中央研究院細胞與個體生物學研究所特聘研究員吳金洌從人類醫學的腸道菌相研究發想,組成研究團隊,以宏基因體分析腸內菌叢,深入探討養殖物種免疫與其腸道菌相的關聯性,期望能運用研究成果開發微生物製劑增強魚蝦免疫力,協助產業未來發展。

 從人類到石斑魚的腸道菌相研究

 人類醫學最新相關研究發現,腸道菌相與免疫系統、失智症及神經性疾病等疾病有重要關係,吳金洌長期研究魚類疾病,他從醫學的角度,認為水生動物疾病與生物的腸道菌相有關性值得深入研究。

 科技部去年推動「前瞻農業科技─次世代農業生物保護劑之開發」,希望解決產業問題,以推動安全健康農業,吳金洌擔任講座教授,整合國立臺灣海洋大學水產養殖學系教授周信佑、呂明偉、助理教授邱品文、海洋生物研究所教授陳歷歷、資訊工程學系教授白敦文組成研究團隊,進行「提升石斑魚免疫力及抗病能力的腸道菌相確認及其應用」研究,期望能解決水生動物疾病問題,有效提升生物免疫力及抗病力,提高產業利潤。

 飼料、水溫都會改變腸道菌相

 石斑魚養殖過程中最擔心遇到神經壞死病毒與虹彩病毒,這些疾病會嚴重影響石斑魚存活率、免疫力及成長效率,吳金洌表示,研究團隊想知道疾病是否會影響腸道菌相,進而造成石斑魚免疫力及抗炎能力降低,透過飼料、水溫、天然萃取物等面向探討各時期石斑魚的腸道菌相變化。

剛投入研究時,研究團隊手上欠缺石斑魚腸道菌等基礎資料,必須要建立魚類標準資料,呂明偉指出,石斑魚每個發育階段所需餌料及飼料大不相同,腸道菌相也有明顯改變,甚至影響魚體本身分泌的酵素,當標準資料建立後,就能去比對得病魚隻腸道菌相是否與健康魚隻有差異,再透過扭轉魚隻腸道菌相而達到抵抗疾病的目的。

 影響腸道菌相改變的因子不僅有飼料,水溫也是關鍵之一,邱品文說,水溫變化確實會讓石斑魚體內腸道菌相改變,像劇烈水溫改變後可以發現石斑魚腸道菌相有大幅改變,連魚體腸道代謝途徑也會受到影響,從免疫角度來看,發現免疫力有下降的跡象,未來將嘗試在高溫條件下導入不同免疫刺激劑,研究魚體免疫反應變化。

 利用天然萃取物提升石斑魚抗病力

 除了從飼料及水溫觀察腸道菌相變化外,周信佑針對藻類及植物提煉出的數種天然萃取物,透過細胞與活體試驗,觀察石斑魚免疫力及抗病力變化。

 參與天然萃取物研究的成員指出,這次主要針對虹彩病毒投入研究,先挑選出可提升細胞感染虹彩病毒後活存率,並有具有抑菌效果的物質,再將該天然萃取物混和飼料餵食石斑魚,發現可以提升石斑魚抗虹彩病毒能力。

 研究團隊進一步分析腸道菌相,初步結果顯示,石斑魚腸道菌相分布會隨著投餵天數增加而有明顯差異,目前正在瞭解原因。

 不僅關注石斑魚,也要解決蝦疾病

 雖然整個計畫的研究主軸以石斑魚為主,但吳金洌表示,不同生物共生與寄生的微生物都不一樣,同樣身為重要水產養殖物種的蝦類不應被忽視,因此找上專注研究蝦白點病的陳歷歷合作,一窺白蝦腸道菌相變化。

 陳歷歷指出,白蝦屬於無脊椎動物,不具備抗體免疫系統,過去相關疾病研究大多是從生病後未死亡的白蝦體內尋找免疫因子,但未想過從菌相著手。最初執行計畫時,她也面臨蝦類腸道菌相基礎資料不足,開始逐步建立資料庫,並比對得到白點病與蝦類早期死亡綜合症白蝦的腸道菌相,初步發現有3到5種菌種與疾病有關係。

 陳歷歷表示,近年國外有發現某種菌種可幫助藍蝦抵抗弧菌感染與鹽度變化,剛好該菌種與這次在白蝦體內發現菌種之一為同屬,有機會能找到增強白蝦抗病力的菌種。

 未來期望開發機能性添加劑打入全球市場

 從石斑魚的食物、環境、添加物及蝦類研究過程,得到一筆筆實驗結果,大量數據得透過分析才能進行後續開發,生物資訊研究串聯起每個子計畫的研究成果,白敦文指出,透過生物資訊分析技術可以確認腸道菌相的趨勢變化、尋找環境變化因子及生物功能的相關性,甚至能進一步預測生物抗體與病毒抗原的結合區域,目前正加強培育研究團隊人員基本生物資訊分析能力,加速相關實驗研究成果的呈現。

 吳金洌表示,第一年研究大多著重在基礎資料建立,今年則是從基礎研究轉入應用開發,第三年將走向商業化應用,透過實驗成果開發飼料機能性添加劑。

 吳金洌強調,疾病可影響水產養殖產值達30%至40%,因此,維持生物體健康是養殖業者獲益的最大關鍵,透過腸道微生物相的研究成果,將對水產養殖業有關鍵性發展,相關微生物製劑產品行銷至國際,拓展國外市場。

相關資訊

 想更進一步了解此專案研發成果細節,請逕洽財團法人農業科技研究院黃小姐,電話:03-5185075,信箱:1072035@mail.atri.org.tw

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