蛭弧菌在水产养殖中应用有哪些？

蛭弧菌的作用机理
蛭弧菌的生活史有两个阶段, 一个是自由生活、能运动、不进行增殖的阶段, 即非生长攻击阶段, 另一个是在特定宿主细菌的周质空间中利用宿主菌成分为营养源并通过复分裂进行增殖, 裂解宿主细菌并释放成熟子代个体, 两个阶段交替进行, 具体可分为识别定位、吸附侵入、生长繁殖、裂解释放4个阶段。

 (1) 识别定位阶段:早期研究认为蛭弧菌通过跳跃式的随机碰撞寻找宿主, 并直接吸附至宿主菌上。但表明, 某些蛭弧菌菌株对水中氨基酸和其他有机化合物有趋向性, 蛭弧菌可通过识别宿主菌群产生的丝氨酸内酯向宿主菌富集区域高速前进。
 (2) 吸附侵入阶段:蛭弧菌高度猛烈碰撞宿主菌, 并以无鞭毛端与宿主菌细胞壁接触, 与宿主菌形成一个短暂的可逆结合, 当蛭弧菌通过识别确认是一个合适宿主时, 通过外膜蛋白、脂多糖或纤毛与宿主相互作用发生不可逆结合。吸附于宿主菌后, 菌体以100r/s以上的转速在宿主菌细胞壁产生机械“钻孔”效应, 并通过释放聚糖酶、肽酶、N-脱乙酰基酶、酰基转移酶和一种去除脂蛋白的酶, 使宿主菌的细胞壁外膜降解、变薄并形成渗透孔, 然后蛭弧菌通过纤毛的伸缩推进蛭弧菌穿过渗透孔。蛭弧菌入侵宿主菌后导致宿主菌不断膨胀, 并成为对渗透压不敏感的球形体, 导致宿主菌死亡。因此, 宿主菌被一个蛭弧菌吸附后, 不能再被其他蛭弧菌吸附。其他没有找到合适宿主菌的蛭弧菌会因消耗大量能量而死亡。
 (3) 生长繁殖阶段:蛭弧菌侵入宿主菌周质空间的同时失去鞭毛, 宿主菌由杆状变为球状, 形成蛭质体, 蛭弧菌把宿主菌作为营养源进行自身生物大分子合成, 并利用宿主DNA降解得到的核苷酸来合成自身DNA。研究发现Bbacteriovorus HD100有一套完整的嘌呤和嘧啶合成基因, 这说明蛭弧菌本身也具有合成核苷酸的能力。当宿主营养被完全吸收后, 丝状的菌体均匀伸长数倍, 并均匀地以复分裂方式形成多个游动细胞, 同时合成鞭毛。
 (4) 裂解释放阶段:蛭弧菌的增殖和水解酶的产生使宿主菌细胞壁分解, 进而裂解释放出子代蛭弧菌, 开始新的生命周期。

蛭弧菌在水产养殖中的应用
当今, 人们对健康的水产品的需求量日益增长, 但是我国的水产养殖业片面地追求降低饲料系数、提高产量, 追求经济利益, 从而无节制地使用抗生素、化学药物来防治病害, 使养殖环境不断遭到破坏, 出现水体富营养化、重金属污染、药物残留超标等现象, 加之自然环境的日益恶化, 导致水生动物疾病频发, 我国水产业每年因病害造成的经济损失约为140亿元, 其中细菌性疾病尤为严重, 约占水产养殖病害的46%[30]。蛭弧菌以其天然、无残留的特点在水产养殖业中具有广阔的发展前景, 有望成为抗生素的替代品, 减轻抗生素滥用带来的各种困扰, 减少抗生素滥用带来的巨大经济损失, 蛭弧菌已经成为水生动物健康、生态、养殖的新工具。

2.1 改善养殖水质
随着我国水资源污染加重, 河流、湖泊等养殖水源遭到破坏, 养殖水质面临严重的问题。在养殖过程中, 水生动物排泄物以及剩余饵料不断积累, 一旦水体中有机物增加的速度大于水体自净的速度, 就会使溶解氧下降, 氨氮、亚硝酸态氮上升, 致病微生物大量繁殖, 导致疾病频发、水生动物生长发育异常, 造成巨大经济损失。蛭弧菌制剂发酵过程中产生的代谢产物可分解、转化水中的亚硝酸盐, 改善养殖水体水质, 减少蛋白态氮向氨和胺转化, 从而减轻水中氨和有机质污染。

2.2 预防水生动物细菌性疾病
抗生素的长期使用容易使病原菌产生耐药性, 利用蛭弧菌对病原菌独特的寄生和裂解特性, 可有效清除养殖水体及水生动物体内的病原菌, 减少病原菌数量, 使其无法达到致病密度, 以达到防治病害、提高成活率的效果。因此, 蛭弧菌具有取代抗生素的潜力, 成为控制水生动物疾病的新手段。蛭弧菌作为水体自净的生物因子, 可有效清除河水中的大肠杆菌 (Escherichia coli) 、沙门氏菌 (Salmonella) 和不凝集弧菌 (non-agglutinable Vibrio) , 清除率均在90%以上。
蛭弧菌可有效减少抗生素、消毒剂等化学药剂的使用, 有效降低化学药物在水生动物体内的残留, 进而减少药物残留对人类健康的危害。在水产养殖业“防先于治”的今天, 蛭弧菌以其无毒害、无残留等优点, 已成为促进水产养殖业健康、可持续发展的重要因素。

2.3 治疗水生动物细菌性疾病
水产养殖业频频遭到细菌性疾病的侵袭, 甚至引发了大规模的死亡, 限制了水产养殖业的健康发展。水生动物细菌性疾病的病原菌以气单胞菌属、假单胞菌属、弧菌属为主, 这3个属细菌均为革兰氏阴性菌, 能被蛭弧菌裂解, 且裂解率高达70%以上。生产上可利用蛭弧菌对革兰氏阴性菌的裂解特性治疗水生动物细菌性疾病。秦生巨利用蛭弧菌制剂治疗由弧菌引起的大菱鲆 (Scophthalmus maximus) 出血病, 结果证明连续使用复合蛭弧菌制剂3d, 267尾严重出血的大菱鲆的治愈率为98.7%, 效果显著。

2.4 提高水生动物免疫活性
免疫系统是机体的防御系统, 其防御功能的高低, 直接影响到机体的抗病能力和生产能力。尤其是虾类、贝类等低等无脊椎动物, 其免疫系统进化程度低, 仅由少量免疫器官、免疫细胞和免疫因子组成, 缺乏特异性免疫应答。蛭弧菌进入水生动物肠道后, 在聚糖酶、肽酶等酶的作用下释放细胞壁中的肽聚糖或者其它免疫物质, 从而发挥免疫增强剂的功能, 刺激溶菌酶活性, 增强与鱼类免疫功能相关酶活性。

2.5 用于水产品保质
水产品是人类重要的蛋白源, 然而在种类繁多的水产品中存在多种危害人体的病原菌, 如大肠杆菌、霍乱弧菌 (V.cholerae) 、副溶血弧菌 (V.parahaemolyticus) 、沙门氏菌等, 这些细菌是引起食物中毒的主要原因。因此, 水产品保质是水产加工业发展过程中非常重要的一个环节, 也是关系到水产品品质和经济效益的重要问题。蛭弧菌能够通过裂解引起水产品变质的病原菌, 达到水产品长期保鲜的目的。
蛭弧菌作为一种新型的防腐剂, 能有效清除引起水产品变质的病原菌, 保持原有风味, 同时不会造成食物营养的流失, 还能有效降低水产品中包括病原菌在内的生物负荷量。在食物越来越被重视的今天, 蛭弧菌的显著效果为水产品保质提供了一条新思路。

蛭弧菌应用中存在的问题
虽然蛭弧菌在改良水质、疾病防控、水产品保质等方面具有良好的应用效果, 但蛭弧菌在水产养殖应用中依然存在诸多问题, 这些问题也制约了蛭弧菌的广泛使用。其中主要存在的问题包括:
(1) 国内外关于蛭弧菌的研究主要集中于应用, 而忽略了基础理论研究的重要性, 例如, 蛭弧菌吸附于宿主菌表面的识别位点以及不可逆结合的具体反应仍然有待研究, 蛭弧菌裂解机理的研究还需完善。
(2) 水产用蛭弧菌制剂的剂型较为单一, 而单一的高密度蛭弧菌在水体中的作用时间较短, 需要频繁加入才能维持控菌效果, 而且生产上使用的绝大多菌种为通用菌种, 对适用对象及范围缺乏针对性。
(3) 尚未建立一种简易的蛭弧菌筛选方法, 目前使用的蛭弧菌制剂效率较低, 并且会因为抗生素等药物的使用而失活。今后应该加强关于蛭弧菌筛选方法的研究, 以获得针对不同养殖品种、不同生长时期、不同环境条件的耐药性较强的蛭弧菌菌株, 并使其作用更专一。
(4) 蛭弧菌增殖速度较慢, 不同蛭弧菌的宿主菌裂解谱存在差异性, 如何使其增殖速度更快、裂解谱更广也是一个有待解决的问题。因此, 增殖方法以及扩增蛭弧菌的裂解谱研究甚为迫切。
(5) 蛭弧菌在生产应用中发挥作用的有效剂量还缺乏研究, 在水产养殖中蛭弧菌的使用量也多是基于经验, 尚无科学依据。
(6) 实验室条件下多运用液氮超低温法、冷冻真空干燥法保藏蛭弧菌, 关于蛭弧菌持效稳定、适合生产应用的保藏方法的研究甚少。
(7) 许多细菌都有天然的转化能力, 频繁的使用蛭弧菌可以提高其与病原菌发生有害基因水平转移的可能性, 使蛭弧菌转变成新的有害菌, 产生新的问题, 因此蛭弧菌使用的方面值得注意。
(8) 目前的研究主要强调了蛭弧菌的实验室条件下的应用效果, 这些试验不能支撑蛭弧菌在不同养殖品种、不同水质条件的实际生产中的科学应用。因此, 蛭弧菌制剂的应用技术研究有待加强。
蛭弧菌制剂产品仍不够成熟, 上述存在问题制约着蛭弧菌在水产养殖业的发展。因此, 解决这些问题并选育出、适应能力强、耐药性强、增殖快的菌种将是今后对蛭弧菌的研究。