臺灣國家同步輻射研究中心的陳俊榮教授、陳乃齊博士生研究助理以及成功大學生物科技所陳宗岳教授等人，利用臺灣光源（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 5 年首度解析出“石斑魚神經(jīng)壞死病毒（Grouper Nervous Necrosis Virus，GNNV）”的三維結(jié)構(gòu)，并發(fā)現(xiàn)病毒表面密布了“突出單元”（Protrusion Domain），成為全球第一個發(fā)現(xiàn)這個結(jié)構(gòu)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

 

    臺灣素有石斑魚養(yǎng)殖王國的美稱，每年石斑魚的產(chǎn)值超過 80 億臺幣，名列世界第一，而產(chǎn)量年約 2.5 萬公噸，位居世界第二。然而，近年來卻經(jīng)常爆發(fā)石斑魚病毒感染的疫情，只要有一只石斑魚受到感染，整池魚就會在短時間大量死亡，造成養(yǎng)殖業(yè)重大損失。

 

石斑魚神經(jīng)壞死病毒透過眼睛及腦部感染魚的中樞神經(jīng)

 

    這個研究首度發(fā)現(xiàn)，此病毒表面均勻密布了 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(jié)構(gòu)相當復雜精細。突出單元的功能像是“鑰匙”，與魚類細胞膜上的受器結(jié)合后，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(tǒng) X 光的 1 億倍以上，可以讓這些“鑰匙”上的細微刻痕無所遁形，其空間分辨率優(yōu)于電子顯微鏡近 10 倍，可以解析出精細度達 0.36 納米的結(jié)構(gòu)，相當于頭發(fā)直徑的三十萬分之一。

 

疫苗研發(fā)新利器，臺灣養(yǎng)殖業(yè)新革命

 

    石斑魚是臺灣養(yǎng)殖業(yè)中經(jīng)濟價值最高的魚種之一，但經(jīng)常受到病毒感染或環(huán)境不良等因素，使得魚苗育成率小于 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。

 

    陳宗岳教授指出，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(fā)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”的細微刻痕做為“抗原決定位(Antigenic Epitope)”，可望研發(fā)標靶疫苗，大幅提升疫苗的有效性，為石斑魚養(yǎng)殖業(yè)帶來新革命。

 

    陳乃齊表示，此研究最困難的關鍵技術(shù)之一，在于利用“蛋白質(zhì)結(jié)晶學技術(shù)”培育高品質(zhì)的病毒晶體，培育病毒就像呵護小孩一樣，近 5 年間培育并篩選了數(shù)百個晶體，才獲得高分辨率的數(shù)據(jù)。

 

臺灣光子源在蛋白質(zhì)與生命科學研究的新契機

 

    陳俊榮教授說，蛋白質(zhì)結(jié)晶學技術(shù)結(jié)合同步加速器高強度X光，是解析病毒結(jié)構(gòu)的重要關鍵。石斑魚神經(jīng)壞死病毒的直徑約 30 納米，體積比一般蛋白質(zhì)大上 10 倍，體積越大就越難培育出高品質(zhì)的病毒晶體，同時也需要更高強度的 X 光才能取得高分辨率的數(shù)據(jù)，因此研究困難度極高。

 

    即將啟用的臺灣光子源(Taiwan Photon Source，TPS)，亮度是現(xiàn)有臺灣光源的 1 萬倍以上，可以解析出更高分辨率的影像結(jié)構(gòu)，即使病毒結(jié)晶太小或品質(zhì)較差，臺灣光子源的超亮 X 光仍可以解出病毒結(jié)構(gòu)，未來估計可以節(jié)省 10 倍以上的實驗時間，并可運用在更為復雜的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)研究，以發(fā)展各種標靶藥物。