台湾国家同步辐射研究中心的陈俊荣教授、陈乃齐博士生研究助理以及成功大学生物科技所陈宗岳教授等人，利用台湾光源（Taiwan Light Source，TLS）及日本春八同步加速器光源（SPring-8）进行跨国研究，耗时近 5 年首度解析出“石斑鱼神经坏死病毒（Grouper Nervous Necrosis Virus，GNNV）”的三维结构，并发现病毒表面密布了“突出单元”（Protrusion Domain），成为全球第一个发现这个结构的研究团队，研究成果登上国际知名期刊《PLoS 病原体》（PLoS Phathogens）。

 

同步加速器光源，让病毒无所遁形

 

    台湾素有石斑鱼养殖王国的美称，每年石斑鱼的产值超过 80 亿台币，名列世界第一，而产量年约 2.5 万公吨，位居世界第二。然而，近年来却经常爆发石斑鱼病毒感染的疫情，只要有一只石斑鱼受到感染，整池鱼就会在短时间大量死亡，造成养殖业重大损失。

 

石斑鱼神经坏死病毒透过眼睛及脑部感染鱼的中枢神经

 

    这个研究首度发现，此病毒表面均匀密布了 60 颗高对称性的突出单元，每颗突出单元各由 3 个外鞘蛋白所组成，结构相当复杂精细。突出单元的功能像是“钥匙”，与鱼类细胞膜上的受器结合后，可以开启鱼类细胞膜大门进而造成感染死亡。

 

    陈俊荣教授表示，本研究使用的“同步加速器高强度 X 光”，亮度为传统 X 光的 1 亿倍以上，可以让这些“钥匙”上的细微刻痕无所遁形，其空间分辨率优于电子显微镜近 10 倍，可以解析出精细度达 0.36 纳米的结构，相当于头发直径的三十万分之一。

 

疫苗研发新利器，台湾养殖业新革命

 

    石斑鱼是台湾养殖业中经济价值最高的鱼种之一，但经常受到病毒感染或环境不良等因素，使得鱼苗育成率小于 1%，而目前市面上的石斑鱼疫苗注射成本高且专一性低，效果不彰。

 

    陈宗岳教授指出，以往透过电子显微镜只能看到“钥匙”的模糊型体，所以无法发展出专一性的疫苗，往往造成疫苗乱枪打鸟而无法有效阻止病毒入侵。未来若以“钥匙”的细微刻痕做为“抗原决定位(Antigenic Epitope)”，可望研发标靶疫苗，大幅提升疫苗的有效性，为石斑鱼养殖业带来新革命。

 

    陈乃齐表示，此研究最困难的关键技术之一，在于利用“蛋白质结晶学技术”培育高品质的病毒晶体，培育病毒就像呵护小孩一样，近 5 年间培育并筛选了数百个晶体，才获得高分辨率的数据。

 

台湾光子源在蛋白质与生命科学研究的新契机

 

    陈俊荣教授说，蛋白质结晶学技术结合同步加速器高强度X光，是解析病毒结构的重要关键。石斑鱼神经坏死病毒的直径约 30 纳米，体积比一般蛋白质大上 10 倍，体积越大就越难培育出高品质的病毒晶体，同时也需要更高强度的 X 光才能取得高分辨率的数据，因此研究困难度极高。

 

    即将启用的台湾光子源(Taiwan Photon Source，TPS)，亮度是现有台湾光源的 1 万倍以上，可以解析出更高分辨率的影像结构，即使病毒结晶太小或品质较差，台湾光子源的超亮 X 光仍可以解出病毒结构，未来估计可以节省 10 倍以上的实验时间，并可运用在更为复杂的蛋白质结构研究，以发展各种标靶药物。