弧菌病發病機制及影響因子_水產病害(水產綜合病害)_水產養殖網

弧菌病發病機制及影響因子

出處：南方水產 作者：魯義善 水產養殖網 2016-04-24 23:01:00

魯義善，廣東海洋大學教授，博士，碩士生導師，多年從事海水養殖弧菌病的研究，本文為其在2015中國海洋經濟博覽會南海現代漁業論壇的演講，好評如潮，引發了強烈的頭腦風暴，經湛江市水產學會整理為《弧菌是整個海洋環境當中最常見的菌群之一》、《細菌與我們的機體是相互依存的》、《病害——細菌和宿主相互鬥爭的結果》、《細菌通過種內信號和種間信號的相互作用感應其密度》、《弧菌之間毒力基因的交流非常頻繁》、《弧菌病的發生主要取決於致病菌數和異養菌總數的比值》、《疾病的發生不單是因為致病菌群的增加，還因為池塘菌群總體的變化》等7個精彩段落，分與讀者共饗。

弧菌是整個海洋環境當中最常見的菌群之一

在我們養殖環境中，它更是豐度非常高的弧菌群，而且由於我們現代的這種航運、洋流，還有水產品的國際貿易，導致弧菌的地域株之間的交換非常頻繁。弧菌有一些特點:首先，它的宿主範圍非常廣，從魚、蝦、貝，甚至到人類都會感染，在美國FDA標定，有13種弧菌可以引起人類的腸胃炎、傷口感染和敗血症等一系列的症狀。弧菌的另外一個特點就是它的分布具有全球性。可以說，目前，隨著全球變暖，弧菌病的分布向冷水區域開始發展。2012年，英國的一個研究小組在北部一些國家由於弧菌的感染導致了腸胃炎，還有傷口感染和敗血症有所增加。而且他們研究發現，溫度每上升1℃，弧菌的數量提高200倍。對於這樣一個豐度非常高，在我們整個生態系統當中又非常常見，不管是魚、蝦、貝都會感染的一種菌群，作為病害防控者，我們一直在問這樣一個問題:弧菌病的發病機制是什麼？

細菌與我們的機體是相互依存的

在這裡，我首先要講出一個理念：從生物進化的角度來說，細菌並不是我們的敵人，而是我們的朋友，也是我們的祖先。那麼，細菌和病毒的出現是在38-25億年以前，叫前寒武紀的太古宙時代，而魚類的出現是在奧陶紀中期，也就是大約5億年以前，哺乳類的出現僅僅有6400萬年的歷史。也就是說，在魚類還有哺乳類包括我們人類出現之前，細菌或者病毒已經在這地球上存活了幾十億年，而現在我們卻要把它殺滅，把它清除。

我們想一想，這可能嗎？舉一個例子，就拿細菌來說，我們自然界當中大約有1013個原核生物，它們與環境、與我們的宿主都是在共同進化的;再舉個例子，就說我們人，人的消化管當中有1012個細胞，但是，卻有1014個微生物。但是，我們必須認識到這樣一個事實:雖然有這麼多微生物，多數是因為它們是不致病的，這是一個事實，它們不致病是為什麼呢？是因為它們與宿主是一個相互適應、相互依存、相互鬥爭的過程，我們平時說的病毒實際上僅僅關注了它們相互鬥爭的一面。我們經常說這樣一句話:細菌與肝臟、腎臟等一樣，是我們身體的一部分。

另外，在微生物和機體相互作用的理論當中流傳的一句話:腸道菌群是個體擁有細胞數量最多的、獨特的「功能器官」。你們可能覺得這個有些太誇張，事實上，在微生物和機體相互作用的理論剛剛提出來時，一些科學家就預測到菌群也和我們的肝臟、腎臟一樣有生物鐘，遵循人體的生物規律，在24小時之內，它都有所變化。這個預測在去年2014由以色列的專家得到了論證，也就是說經常出差、做一些國際旅行的、經常倒時差的人，他的腸道菌群會失調，從而異致肥胖。從近十年以來，在《自然》、《科學》、《細胞》這種等高水平期刊上發表的有關腸道菌群與疾病和健康關係的論文已經達上百篇，其他的論文也有上千篇。

現在，包括肥胖、糖尿病、癌症、自閉症等超過50多種疾病都證明其和菌群失調有關，所以說，細菌與我們的機體是相互依存的。我曾經看到這樣一個報導:假設證明這個小的人是我們人的細胞，那麼外圍就是細菌的細胞;假設證明這個大的人是ATCG組成的DNA，那麼外圍這個大圈就是體內細菌的DNA。也就是說，我們看到的我們是一個活生生的人，實際上確切地說我們「十分之一的人」都不到。

病害——細菌和宿主相互鬥爭的的結果

然而，細菌總有和宿主相互鬥爭的一面，這就是病害，我們要關注。但是，我們要考慮這麼一個微小的細菌，它是如何攻克宿主？相對於宿主來說，細菌是非常微小的，可以說像螞蟻和大像的這種比例差不多，然而我們知道，螞蟻也可以絆倒大象，這種就是靠群眾的力量。在細菌的群體感應系統的發現者最初做的實驗是用海洋中的發光弧菌——費氏弧菌。他們發現，單個培養或低濃度培養的費氏弧菌是不發光的，而高濃度培養的費氏弧菌就會突然集中地發生螢光。所以，可能存在一種觸發機制，這種觸發機制使得細菌在進入機體時暫時不攻擊宿主。我們可以想一想，假設一個細菌或者少量細菌去攻擊宿主時，它的下場只有被我們的免疫系統所清除，所以它所能做的就是繁殖，繁殖，再繁殖。當繁殖到一定數量之後，所有的細菌同時攻擊宿主，這時就會產生疾病。

細菌通過種內信號和種間信號的相互作用感應其密度

那麼，問題就來了！細菌是怎樣感知這個「一定數量」的呢？現在，對於細菌的群體感應已經研究得相對比較透徹，發現費氏弧菌和哈氏弧菌有兩種活性。簡單地說，細菌會發出一種信號分子，這種信號分子就在細菌的周圍。就像我們的荷爾蒙激素一樣，當周圍有它的鄰菌時，它的鄰菌也會釋放這樣的信息，因此，細菌就會感受到這個分子。

相當於說，我們人與人之間的交流是通過語言、動作，而細菌之間的交流是通過這樣一種化學信號，當它感知到周圍有足夠的鄰菌，有足夠的化學信號時，就會觸發這個機制而發光。它的整個機制就是指，由一個細胞產生蛋白，從而產生小的化學分子，這個化學分子再和信號接受蛋白相結合來誘導觸發疾病的發生。這樣，問題又來了！我們的水環境是非常複雜的，而水環境中的菌群又是非常豐富的，不僅僅是同類的細菌，還有其它的細菌，而且細菌與細菌之間是相互作用的。

也比如，我們學校食品學院孫進軍教授曾經研究過，在食品中，有腐敗菌希瓦氏菌存在時，會影響溶藻弧菌的毒性;還有一些益生菌的存在會抑制哈氏弧菌的毒性。也就是說，細菌之間是相互作用的，僅僅感知到有自己的同類是不夠的，還必須感知到其他細菌的存在。

細菌之間存在兩個信號:一個是種內信號，另外一個是種間信號。通過種內信號和種間信號的相互作用，使細菌對其密度有所感應。美國一所大學把這個種內信號和種間信號都已經鑑定出來，發現不同細菌的種內感應分子有所差異，但差異比較小，而種間的感應分子幾乎是一致的。那麼現在他們正在研究什麼呢？

人類合成這樣一類的種間和種內的感應分子，和這些細菌所發出的信息分子進行競爭，從而研發出新型的抗生素。這種新型的抗生藥物可以阻斷細菌之間的交流。他的原話就是說:我可以讓這個細菌變溶、變癢，讓它無法交流。這是國際上從微觀的角度來研究細菌致病的機制。從宏觀角度上，尤其從我們養殖方面可以知道弧菌病的發生是由哪些因素影響呢？這是我要講的第二個問題。

弧菌之間毒力基因的交流非常頻繁

我們曾經做過一系列的研究，對來自廣東、廣西、福建、海南的127種溶藻弧菌進行了多態性分析，發現來自不同地區的溶藻弧菌具有一定的同源性。它雖然可以在系統數當中具有很多不同的類別，但每一個類別中既有廣東的，又有廣西的，也有海南的，根本分不清。這說明了在我們南海海域，溶藻弧菌之間的交流是非常頻繁的，它的生物多樣性已經非常低。我們在哈氏弧菌當中也得到了同樣的結果:用RAPD和BOX-PCR對來自廣東、廣西、海南的101株哈氏弧菌進行分析，發現它們之間也是幾乎沒有差異。另外，我們對弧菌常見的7種毒力基因的檢測也表明，這種毒力基因的檢測率只有量的差別，而沒有質的差別。也就是說，在廣東、廣西、海南這些菌株當中要麼全部檢測到，要麼全部檢測不到，它們是完全一致的。這說明了在我們南海海域，弧菌之間的尤其是毒力基因之間的交流非常頻繁。這是一個非常可怕的結果！

因為我們研究的是它們的毒力基因，研究的是它的破壞性。我們會進一步想，耐藥性呢？耐藥性是不是也廣泛傳播？還有高致病基因的突變呢？我一直在懷疑，引起對蝦的急性乾性壞死的高致病性的溶藻和復出水活劑是怎麼來的，是不是由於這些細菌之菌的毒力交換所產生的呢？大家想一想，如果在廣東一個養殖庫，它的養殖池塘裡發病了，用了藥產生了耐藥菌，然後它的水沒有經過處理就排入了江河湖泊，隨著洋流、水產品的交易，可能整個世界產的抗藥性都會得到傳播。這不是聳人聽聞，超級細菌就是這樣產生的，尤其是對於弧菌這樣一種佔有全世界範圍內幾乎沒有隔離的細菌，洋流非常普遍，航運的這種壓艙水裡面含有大量的細菌，我們養殖的水還有包括在一些自然的颱風、蒸發等都會造成菌群的交換。

弧菌病的發生主要取決於致病菌數和異養菌總數的比值

我們先使通過連續五年的監測，對粵西主要是麻鞋、特呈、南山島這幾個養殖區域的一些環境因子和菌群的波動進行了長期的觀測。我們都知道，做流行病疾是費力不討好的事情，必須要長期跟蹤，還不一定得出有規律性的東西。我們監測了水溫、鹽度、pH值、亞硝酸鹽、氨氮、溶解氧、、無機磷、COD還有葉綠素α、異養菌總數、弧菌總數的變化，並進行了相關性分析，發現弧菌的數量和水溫是呈正相關的。水溫提升1℃，弧菌的數量可能提高200倍。另外，它和pH值也是呈正相關的，和COD、葉綠素α、氨氮、、亞硝酸鹽都是呈正相關的。也就是說，養魚池、養蝦池裡面的這些因素會影響弧菌的數量。但是，影響弧菌的數量會不會影響弧菌病的發生呢？

這是另外一個問題。我們對這種經過五年觀測的實測的弧菌病的發病率與環境因子之間的相關係數構造了預測模型。在這個公式y＝0.67M+0.000027V+0.065C–0.231中，y是我們預測的發病率;M是弧菌總數與異養菌總數的比值;V是弧菌的數量;C是COD值，是指化學需氧量，也就是水體化學汙染的一個標值;0.231是一個修正因子。通過這個公式，我們可以發現弧菌病的發生主要取決於致病菌數和異養菌總數的比值，這個在很多流行病學研究中都有同樣的發現。由這個公式，我們也可以發現，弧菌病的發生可能有三個方面的原因。第一，致病菌的數量增加，即弧菌的數量增加;第二，異養菌總數的減少。也就是分母減少或分子增加，或者是分子增加的同時分母減小了;第三，就是水體汙染加重。在這方面，我們也通過了一個大數據的分析來得到了驗證:我們比較了一個發病池塘的水體和底泥與正常池塘的水體和底泥的菌群的變化。我們這些只有做些大數據的分析，是沒辦法去發表論文的，因為發表論文必須在嚴格的、可控的環境內做這種可控的實驗。

做這樣一個患病池塘的水體，我們無法判定這個池塘裡發生了幾種病，正常池塘的水體到底有沒有潛在的疾病也無法判斷，所以我們只是做一個大數據的分析。我相信，我們測一口池塘說明不了什麼問題，十口池塘說明不了問題，但是當我們測一百口池塘的時候，這種大數據的分析就會發現非常明顯的結論。我們在這個大數據中分析發現發病池塘的致病菌異常升高，像這個標紅色的氣單胞菌，它的升高大約是10倍;像這個黃桿菌類，它的升高在水體種底泥分別升高了40倍到60倍;而假單胞菌在水體和底泥當中分別升高了100倍。但是，我想告訴大家，更明顯的變化是正常菌群的降低，像德沃斯氏菌，它在發病池塘的水體和底泥當中降低了10000多倍，這種標綠色的就是正常菌群的降低。

疾病的發生不單是因為致病菌群的增加，還因為池塘菌群總體的變化

所以，我們得出這樣一個結論：疾病的發生不單是因為致病菌群的增加，還因為池塘菌群總體的變化。由此，我們認為弧菌病的防治可以通過向水體添加活菌機劑來進行預防，即增加異養菌的總數？活性機劑不是一般的微生物機劑。現在國際上對於異養菌的定義太廣泛，包括死菌，活菌、死菌的代謝物都屬於異生菌，但是在養殖池塘裡想要防病的話，必須用活菌機劑。可能會有人問，抗生素行不行？如果用抗生素的話，抗生素的殺滅多數是不具備選擇性的，它可以同時對弧菌或異養菌進行殺滅作用，即它的防病作用是非常有限的，而且抗生素會引起一系列的環境問題。

感謝大家，也感謝我們的團隊，謝謝！

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