臺(tái)灣國(guó)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(xué)生物科技所陳宗岳教授等人，利用臺(tái)灣光源（Taiwan Light Source，TLS）及日本春八同步加速器光源（SPring-8）進(jìn)行跨國(guó)研究，耗時(shí)近 5 年首度解析出“石斑魚(yú)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(gè)發(fā)現(xiàn)這個(gè)結(jié)構(gòu)的研究團(tuán)隊(duì)，研究成果登上國(guó)際知名期刊《PLoS 病原體》（PLoS Phathogens）。

 

同步加速器光源，讓病毒無(wú)所遁形

 

    臺(tái)灣素有石斑魚(yú)養(yǎng)殖王國(guó)的美稱，每年石斑魚(yú)的產(chǎn)值超過(guò) 80 億臺(tái)幣，名列世界第一，而產(chǎn)量年約 2.5 萬(wàn)公噸，位居世界第二。然而，近年來(lái)卻經(jīng)常爆發(fā)石斑魚(yú)病毒感染的疫情，只要有一只石斑魚(yú)受到感染，整池魚(yú)就會(huì)在短時(shí)間大量死亡，造成養(yǎng)殖業(yè)重大損失。

 

石斑魚(yú)神經(jīng)壞死病毒透過(guò)眼睛及腦部感染魚(yú)的中樞神經(jīng)

 

    這個(gè)研究首度發(fā)現(xiàn)，此病毒表面均勻密布了 60 顆高對(duì)稱性的突出單元，每顆突出單元各由 3 個(gè)外鞘蛋白所組成，結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜精細(xì)。突出單元的功能像是“鑰匙”，與魚(yú)類細(xì)胞膜上的受器結(jié)合后，可以開(kāi)啟魚(yú)類細(xì)胞膜大門(mén)進(jìn)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(qiáng)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(xì)微刻痕無(wú)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(xì)度達(dá) 0.36 納米的結(jié)構(gòu)，相當(dāng)于頭發(fā)直徑的三十萬(wàn)分之一。

 

疫苗研發(fā)新利器，臺(tái)灣養(yǎng)殖業(yè)新革命

 

    石斑魚(yú)是臺(tái)灣養(yǎng)殖業(yè)中經(jīng)濟(jì)價(jià)值最高的魚(yú)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(yú)苗育成率小于 1%，而目前市面上的石斑魚(yú)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(guò)電子顯微鏡只能看到“鑰匙”的模糊型體，所以無(wú)法發(fā)展出專一性的疫苗，往往造成疫苗亂槍打鳥(niǎo)而無(wú)法有效阻止病毒入侵。未來(lái)若以“鑰匙”的細(xì)微刻痕做為“抗原決定位(Antigenic Epitope)”，可望研發(fā)標(biāo)靶疫苗，大幅提升疫苗的有效性，為石斑魚(yú)養(yǎng)殖業(yè)帶來(lái)新革命。

 

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

 

臺(tái)灣光子源在蛋白質(zhì)與生命科學(xué)研究的新契機(jī)

 

    陳俊榮教授說(shuō)，蛋白質(zhì)結(jié)晶學(xué)技術(shù)結(jié)合同步加速器高強(qiáng)度X光，是解析病毒結(jié)構(gòu)的重要關(guān)鍵。石斑魚(yú)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(shí)也需要更高強(qiáng)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(tái)灣光子源(Taiwan Photon Source，TPS)，亮度是現(xiàn)有臺(tái)灣光源的 1 萬(wàn)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(tái)灣光子源的超亮 X 光仍可以解出病毒結(jié)構(gòu)，未來(lái)估計(jì)可以節(jié)省 10 倍以上的實(shí)驗(yàn)時(shí)間，并可運(yùn)用在更為復(fù)雜的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)研究，以發(fā)展各種標(biāo)靶藥物。