羅竹芳專訪—— 從蝦白點病毒的研究到抗病草蝦的培育(與《科學月刊》第572期共同刊載)

李依庭/本刊編輯。




東京大學水產學科博士畢業,現為國立成功大學生物科技與產業科學
系教授,長期研究甲殼類病毒分子生物學、蝦病毒與宿主交互作用。

從約4年前開始,專致力於病毒研究的羅竹芳,開始投入養殖蝦的育種,並且由草蝦做起。會有這樣的行動是看著臺灣從原本風光的草蝦業銷售大國,因為多次遭受蝦病毒危害,而當時臺灣養殖專家及業者尚未瞭解防疫及生物安全的重要性,而導致現今臺灣蝦類養殖的式微。「相較於美國對白蝦的養殖有計畫性的拓展,臺灣缺乏的是永續經營概念,因而造就了臺灣蝦類養殖之目前的窘境。」羅竹芳期望能透過自己的研究,與相關的權責單位及學者共同力挽狂瀾,期許重回昔日養蝦榮景。

臺灣蝦病毒歷史
往昔的蝦業王國,為何會逐漸沒落?羅竹芳回憶起1980年代的光景,那時養蝦業十分風光,因此當1988年第一次爆發球形桿狀病毒病(spherical baculovirosis),當時即稱之為草蝦桿狀病毒病症(Penaeus monodon-type baculovirus infection),使蝦類大量死亡,業者在求助無門之下,開始用了許多旁門左道的方法來補救。「因為當年的養殖專家及業者在面對突發且未

明確癥結的嚴重問題之下,應用了許多不妥的方法,像是高溫孵苗和抗生素等,甚至販售未有科學驗證卻宣稱是無病毒的健康蝦苗,這些蝦苗養殖後仍大量死亡,這些急就章的處理,適得其反,蝦農苦不堪言。」羅竹芳表示。

當年臺灣對抗草蝦桿狀病毒的方法是消極地改養殖斑節蝦來結案,是基於斑節蝦不會感染草蝦球狀病毒的想法,作此建議,可是很快地斑節蝦之白點病毒就大爆發了,業者又開始異想天開的認為再改回養草蝦就沒事,而不願去理解它真正的癥結。「殊不知白點病毒寄主域廣,無一養殖蝦種可倖免,結果造成白點病毒的大爆發,這給我們帶來很大的教訓。」羅竹芳痛心的說:「1992年開始,白點蝦病毒的事件肆虐了全世界各地的蝦,養殖蝦的產量大銳減,造成養殖蝦生產國的大危機」。

抗白點病毒的草蝦。(羅竹芳提供)


探究白點病毒
因此、先前已研究過許多人類、魚或昆蟲病毒,但對於蝦病毒和養殖蝦類不熟悉的羅竹芳,在1994年國際學者的要求下,開始投入蝦白點病毒的深入研究。儘管先前對蝦類毫無接觸,不過羅竹芳也發現她過去研究的其他物種人類、昆蟲等病毒的技術,都能在蝦病毒中被沿用。

在1994年末,蝦白點病毒的研究團隊除了將病毒的基因體的定序解開外,也馬不停蹄的研發出試劑並立即公開,期望能夠將這場國際性災難程度降至最低。羅竹芳第一時間就將核酸定序公布出來,其實對整個養蝦產業是有一個重大的改變。「因為當時大家尚未有檢測試劑的概念,只看蝦表面就宣稱是健康的蝦苗,這是非常錯誤的,現在可用靈敏的檢測法,準確地知道蝦是否帶原。」

往後的幾年,羅竹芳持續的將蝦類病毒作為自己主要的研究對象,也找出了白點病毒感染途徑、致病機制與爆發過程。造成蝦類浩劫的白點病毒起源可能為螃蟹,白點病毒能在螃蟹體內大量蓄積但不會造成螃蟹死亡。養殖業者將帶有白點病毒的螃蟹投往蝦池餵養,白點病毒不但會在蝦體內增殖,同時也快速使染病蝦死亡。「當年發現這個情況是我在東港做實驗
時,一開始很漂亮的種蝦,餵養了螃蟹之後,不到3天的時間,蝦身上開始出現一點一點的白點,過不久就全死亡。」

白點病毒的致病機制
而白點病毒的致病機制主要是當蝦被感染後,可能幾天後就會死亡;亦有可能因進入蝦體內的病毒量低而造成帶原蝦,潛伏在宿主體內。當外在環境驟變,像是溫度、鹽度、含氧量或是下雨使水質產生變化時,這些皆是緊迫因子會啟動蝦體內的抗逆境分子表現,以對抗這些突如其來的逆境,此時,白點病毒會利用蝦抗逆境分子來開啟自身的基因複製,而造成疾病的爆發。「當逆境訊號分子產生時,對於白點病毒而言就像一個訊號,認為宿主可能因遭受逆境而即將死亡,於是迅速的將蝦體內的資源大量截用,快速複製自己。」

白點病毒在開放式海域的擴散
而這些潛伏感染的蝦種,在未檢疫之非法的運送之下,運送至世界各地,使各地區開始出現零星的疫區,而在人類未警覺其嚴重性前,開始從點狀疫區變成了片狀的感染,「就像養殖業形容的『病毒就像隨空氣感染』,帶原的蝦被放流出、打氣時所產生的水泡及環境中,而造成非養殖的甲殼類之帶原率增加等,可見任何的小細節都可能變成白點病毒感染的途徑,快速地蔓延。」

羅竹芳表示: 「1992年白點病毒一開始是從福建漳州開始爆發,1993年日本鹿兒島從福建進口蝦苗, 結果造成白點病毒症大暴發。原本各界認為疫情只對東半球造成影響,但因種蝦的走私與控管不當,在美國、墨西哥也相繼發生疫情。最近(2012年),在原本非疫區的沙烏地阿拉伯、非洲的莫三比克與馬達加斯加連續發生白點病毒症疫情,原因並非非法走私帶原種蝦,而是大海中帶原生物的增加,所以直到現在,世界各地區皆有疫情發生。」白點病毒對全世界所帶來無遠弗屆的危害,也代表著抗白點病毒蝦的育種的重要性與刻不容緩。

位於馬達加斯加的有機草蝦養殖池,建造時與原有地貌融合,
在夕陽西下時景色讓人驚艷,產業與生態共榮發展更顯風情。
(羅竹芳提供)

抗白點病毒草蝦的育種
然而,經過多年對蝦病毒的研究與了解,讓羅竹芳發現唯有進行蝦育種及從上游的蝦苗開始進行品質控管,才有辦法減少白點病毒的侵擾。

「白點蝦病毒是一個非常大的病毒,基因體有30萬個鹼基對(base pair)組成,且帶幾百個特殊的基因。當宿主嘗試對抗病毒時,病毒能夠快速的反應並迅速將宿主的防禦力瓦解,因此提升蝦子的免疫力或抗病力只能短暫的抵擋病毒,對於完全性的遏止病毒是沒有用的。」也
因為白點蝦病毒無法自行複製,需仰賴蝦宿主的生化工廠,因此、羅竹芳開始尋找含有關鍵基因缺失的天然草蝦。此基因缺失對此蝦不會造成生長影響,重點是白點蝦病毒無法依賴宿主來進行增值,亦即具有抗病的能力。

成大蝦類疾病控制與育種研究中心協助白點症病毒檢測實驗室設立。
(羅竹芳提供)
因此,羅竹芳著手起育種的工作,在選擇培育的品種上經過一番的研究與考量,最終選擇草蝦進行育種,因為其生殖方式,草蝦比起其他的蝦類育種相對較困難。羅竹芳進一步解釋:「美國經過研究與評估,而選擇白蝦進行育種,因為白蝦可利用水體的立體空間,因此養殖密度較高。而且白蝦交配後精莢是貼在雌體表面,因此在生殖的管控上非常簡單;而雄草蝦則需要配合雌草蝦蛻皮的時節,把精莢放入雌草蝦的體內。」這些草蝦與白蝦生殖生理的不同,因而增加草蝦在育種上的許多挑戰。

不過,由於白點病毒會感染所有的蝦種,羅竹芳認為若能從難的品種下手,未來也能適用在各式各樣的蝦種。因著草蝦相較於其他蝦種的經濟價殖,且在食用的口感上更別有一番風味的種種因素,讓羅竹芳最後選擇了草蝦進行育種。

然而,研究草蝦的育種並非一帆風順,在品種純系化的過程中,羅竹芳也面臨了許多的技術上的挑戰。「一開始先選定特殊海域,進行天然野生種的篩選,進一步將這些蝦隨機交配,並測試此族群對於白點病毒具抗力的百分比,接著再將挑選出的抗病蝦群飼育成種蝦後,再隨機交配觀察子代,慢慢將抗病蝦品系純系化。」不過,在每次遇到困難時,羅竹芳也都能克服每一個階段所面臨的挑戰,並能逐步扎實地累積自身經驗,現階段的實驗室已建造全室內的循環養殖系統,並且能完成抗病蝦品系的建立和其完整生活史。

成大草蝦育種中心內,保留優勢性狀草蝦家族,將抗病蝦品系純系化。
(羅竹芳提供)

基礎建設的建立與重視生物安全
在經歷過這些年重大的蝦病事件後,羅竹芳也期望農耕單位能夠協助蝦農建立基礎建設,「經濟的推動需要有一個友善的環境,所謂友善的環境是基礎設施的建立,不需要花大錢去建造溫室,而是把區域性的供、輸水端這些最基本的建設建立好,以夏威夷為例,政府埋一個海水井,讓那個區域的養殖戶只要付費就能夠有充足的的優良的養殖海水使用。」

除此之外,羅竹芳也認為臺灣的養殖業需將水池處理到符合生物安全的規範,且達到基本的要求,「養完後需曬土、進水前需要經過過濾且確保進水與出水的路徑,並檢查進水端中是否有帶原的儲主等,盡量做到完善就能防止白點病毒的侵襲。在越南、印尼等東南亞地區,因為政府的介入與管制,所以對於養蝦設施設備都有很嚴格的要求。」

而對於病死蝦的屍體控管,臺灣也沒有相對應的配套措施或政策進行妥善處理,「在未做任何處理的情況下,就直接將這些病死蝦流放到海裡, 是一個很糟糕、錯誤的事情。1997年,我在美國看到的是州政府有一定的標準作業程序(SOP),水池會先清池把蝦拿出來處理掉之後,受感染的水需泡漂白水半年且不能排放等,有一定的控管,但是在臺灣卻沒有。」

至於上游的賣蝦苗端,羅竹芳也認為需要有一個技術團隊,能夠透過檢測證明並提供無帶原的蝦苗,還有其生長的相關數據,缺一不可。「現在臺灣大多數的賣苗端,還是沒有育種的概念,直接從海裡抓到大蝦來生一堆蝦苗後就販賣,根本不會知道是否為帶原蝦苗,但卻宣稱是檢測過的蝦苗,先前有養殖業拿來讓我們檢測,一檢測發現都是帶病原體的蝦苗。」有鑑於此,為了不讓下游的養殖漁民受騙上當,羅竹芳也持續開發快速檢測試劑,希望養殖業能透過自身先行蝦苗檢測,防止遭受欺騙。

選定特殊海域,進行天然草蝦野生種的篩選。(羅竹芳提供)

未來的規劃與永續發展
而目前, 羅竹芳所處的「蝦類疾病控制與遺傳育種研究中心」也持續地將草蝦的育種進一步改良,現階段也嘗試讓具抗白點病毒與快速成長之兩種不同性狀的草蝦交配,期望未來能提供多性狀的草蝦,增加草蝦的抗病性與競爭力。「這些培育的蝦種未來也會產業化,不過在產業化之前,還是希望下游養殖業者能重視生物安全, 否則可能也是功虧一簣。」

羅竹方認為:「育種對於養蝦產業而言就像是根,沒有育種就像是沒有根,因為若育種的品質不斷提升,就能夠讓養蝦業持續有好的競爭力;但若沒有育種只有養殖,在大環境的競爭之下,就成為一個隨時會敗落的產業。」而對於臺灣的養蝦產業,羅竹芳也認為不應只是
盲目地不斷養殖及生產,且削價相互競爭,期望未來能透過大型企業的起頭,創造出臺灣的行銷通路並帶領臺灣蝦業打造出自身形象與品牌。

位於馬達加斯加由法國籍工程師設計,符合生物安全規範之商用草蝦養殖用水管理系統。
(羅竹芳提供)



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