弧菌生物学特性及弧菌病的防控—鲁义善教授

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弧菌近10年研究成果总结

文/飞禧特 整理

弧菌隶属于弧菌科弧菌属，革兰氏阴性杆菌，兼性厌氧，因其静止期呈弧形而得名。弧菌是海洋环境中最常见的菌群之一，鱼虾贝甚至珊瑚都会受到其迫害，是水产动物主要病害之一。2021广东省农业科学院水产营养与健康养殖创新科技论坛上，广东海洋大学鲁义善教授整理了实验室对弧菌近10年的研究结果做了报告。

▲广东海洋大学鲁义善教授

弧菌的分布

 

弧菌分布广泛，几乎在全球所有水域都存在，且地域株之间的交换非常频繁，RAPD曾对来自广东、广西、福建、海南的127株溶藻弧菌进行多态性研究，发现不同地区的溶藻弧菌具有一定的同源性，而7种毒力基因的检测结果也表明，毒力基因的检出率只有量的区别，没有质的区别。这是一个危险信号，如果水产养殖中产生的耐药菌株进入海洋，其耐药基因则会迅速扩散以至于全球弧菌都产生耐药性。

 

弧菌的传播

 

弧菌的宿主范围广，鱼，珊瑚，海绵，水螅虫，贝类，甲壳类甚至原生动物中均存在，从水体到陆生水禽，宠物也可以感染弧菌，同时，弧菌也是一种人兽共患菌。鲁义善教授表示，弧菌的传播与水产养殖天然饵料的使用密切相关。

 

霍乱弧菌以及霍乱的发生与轮虫的丰度相关，而甲壳动物会传播霍乱，其机理就是甲壳动物的几丁质给霍乱弧菌提供碳源，这样即使在贫营养的海域霍乱弧菌照样保持很高的丰度。研究表明，几乎所有的弧菌都含有几丁质酶基因，主要有两种利用途径，即乙酰葡糖胺结合蛋白和甘露糖血细胞凝集素。编码上述蛋白的基因在霍乱弧菌、溶藻弧菌、副溶血弧菌和创伤弧菌多种弧菌都已得到鉴定。敲除该基因的霍乱弧菌对水蚤的结合能力降低10倍。除此之外，几丁质不仅仅可作为弧菌的营养源，还能诱导其水平基因转移（HGT）从而使弧菌可补偿和获取外源DNA，这也是细菌突变频繁的原因之一，其突变既可能是自身变异，也可能来源于环境。

 

自然界中几丁质的数量是个天文数字，弧菌附着于浮游动物上是进化上的适应。弧菌附着于浮游动物上可保护细菌，比如在高温、紫外和部分杀虫剂存在的时候，浮游的细菌均被杀灭，而附着于浮游动物身上的细菌则正常存活。实验室内微宇宙模拟研究表明霍乱弧菌在水中存活一周，而在添加几丁质的时候可以存活六个月。而且由于细菌的繁殖产生生物膜，将几丁质载体包裹，形成像凝胶一样的东西，可以抵抗酸性（pH1.6-1.8），从而免受胃酸的破坏。

 

在浮游动物上附着的细菌有多少呢？现有数据显示超过40%的细菌附着在不同的浮游动物上，每一个浮游动物上所附着细菌的数量约为9.6±23.3×10⁵——一个浮游动物上所附着的细菌可以导致整个池塘感染。

 

弧菌的感染

 

全球变暖致海洋微生物大爆发风险增大，有研究的结果显示海水每升高1℃，弧菌的丰度是提高200%，而随着近年来海污染的加剧，病原微生物种类和数量增多，病原耐药性越来越广，变异速度越来越快，人体健康及海洋生态安全受到威胁，渔民、船员、海军及沿海民众、涉海人员，感染病例日益增多、日趋严重。霍乱弧菌、创伤弧菌、副溶血弧菌，弓形杆菌、链球菌、诺卡氏菌……

 

细菌，与机体的肝脏、肾脏等一样，是身体的一部分，肠道菌群是个体拥有细胞数最多的独特“功能器官”。自2004年以来，在《自然》《科学》《细胞》等顶级学术刊物上发表的有关肠道菌群与疾病和健康关系的论文已有上百篇，其他各类生物医学刊物的相关论文达上千篇。包括肥胖、糖尿病、癌症、自闭症等在内的超过50多种疾病都有证据表明与肠道菌群失调有关系。

 

弧菌致病机制

 

弧菌致病性诱发因子存在学术争论。观点1：弧菌是条件致病菌，弧菌正常存在于海水、水生动物体内，只要符合发病的条件，宿主鱼就会发病。论据：2005年开始对弧菌流行病学进行研究发现弧菌的菌群丰度与气温和水温存在明显相关性，与pH、盐度、无机磷、氨氮存在部分相关性，与碱度，溶解氧、亚硝酸盐氮不存在相关性，但环境因子对弧菌病的暴发影响到底有多大无法确定。

 

观点2：弧菌强毒株致病，弧菌有强毒株和弱（无）毒株之分，同样条件下，前者少量存在即可引发感染，后者即使大量存在也不引发感染。论据：对湛江的78株溶藻弧菌进行分子分型和毒力感染实验，结果显示，其中5种分子型（A4、D、E、G2、H）为强毒株，另外8种分子型为弱（无）毒株，而且上述强毒株在湛江分布地点和时间与各养殖区域的发病历史和发病菌株的分子型相吻合。

 

利用荧光差异比较蛋白质组学从溶藻弧菌的全菌蛋白和胞外产物分别筛选到66和175个强毒株特有蛋白，对其中15个强毒株特有蛋白mRNA在8株弧菌（3毒力株，5无毒株）中的表达进行了分析，有9个特有蛋白基因的表达与毒力呈正相关，另有6个特有蛋白基因却在8株弧菌中均有表达 。“毒力株特有蛋白”的编码基因不一定是“毒力基因”，毒力基因的概念是否需要重新解析？推论得到：毒力株特有蛋白编码基因并不一定是传统意义上我们说的“毒力基因”。真毒力基因：该类基因的产物直接参与病原和宿主的相互作用，病原对宿主的破坏，且在无毒株中不存在。毒力生活史基因：该类基因对病原菌的生长、繁殖和完成其感染生活史至关重要，缺少该基因，病原菌无法完成其感染。

 

弧菌的流行病学规律

 

鲁义善教授团队对水温、盐度、pH值、亚硝酸盐、氨氮、溶解氧、无机磷、COD、叶绿素、异养菌数与弧菌数之间的相关性做统计分析，最终建立了弧菌发病率的预测模型：Y=6.97M+0.000027V+0.065C-0.231。Y为弧菌病发病率的预测值，M为弧菌数与异养菌数量比值，V为弧菌数，C为COD值。该回归方程复相关系数R＝0.864，F=68.376，表明该回归模型十分显著。弧菌数与异养菌数的比值是发病最关键决定因子。

 

弧菌的综合防治

 

1、根据流行病学结果指导防控

 

从弧菌的流行病学统计可以得到，弧菌发病率主要取决于M值，即弧菌数与异养菌数的比值，即弧菌数的增加和异养菌数的减少都可能导致疾病发生。因此，使用抗生素消毒剂的效果往往不明显，因为它会同时杀灭弧菌和异养菌（即分子分母均减小），添加活菌制剂增加异养菌数往往有良好作用。

 

2、由弧菌传播途径入手

 

首先要关注生物饵料的消毒，此外考虑添加外源几丁质酶。通过添加外源几丁质酶与弧菌竞争是否能可行其相关研究正在进行，但是，添加外源几丁质酶在虾蟹养殖中是不可行的。

 

3、从感染机制入手

 

铁离子对弧菌而言至关重要，弧菌无法在完全没有铁离子的环境中生存，在养殖中限制铁离子就可以完全控制弧菌，但是只能考虑在虾蟹养殖中实施。此外，密度感应因子抑制剂可以让细菌之间无法“沟通”从而无法致病。

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