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国际首例大菱鲆鳗弧菌基因工程活疫苗诞生 国产海水养殖动物疫苗从单联走向多联

2019-05-15 15:25:09来源:中国科学报作者:黄辛 张婷编辑:bianji2
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  我国是水产养殖大国,但近年来病害问题日渐突出,水产动物病害种类达200余种,每年养殖病害发病率达50%,平均死亡率达30%。面对海水鱼类病害,养殖户惯用的手段便是使用抗生素。以化学药物为主的病害防控方案已经深层次影响到水环境安全、水产食品安全以及人类健康,成为产业绿色发展的重要瓶颈之一。
  如同人类会受到多种病菌的侵袭一样,从鱼苗到端上餐桌,多宝鱼(学名“大菱鲆”)在养殖过程中也会遭受多种病害??腹水病和弧菌病最容易引发多宝鱼的大规模发病和死亡。
  5月初,记者从华东理工大学获悉,该校生物工程学院教授张元兴团队针对弧菌病研发的大菱鲆鳗弧菌基因工程活疫苗(MVAV6203株)4月正式获批国家一类新兽药证书。
  据悉,这是国际上首例被行政许可的海水鱼类弧菌病基因工程活疫苗,代表着我国水产疫苗研发的综合技术水平已经跻身国际前列。
  布局水产疫苗的创新与开发
  早在2017年,大菱鲆迟钝爱德华氏菌活疫苗的诞生,就使得腹水病得到有效防治。
  张元兴告诉记者,针对弧菌病和腹水病的两个活疫苗将会联用。“两苗联用后,多宝鱼的养殖死亡率有望被控制在10%以内,并有效降低养殖用抗生素的使用。”
  张元兴团队历时18年的探索,在为我国现代水产养殖业的绿色发展提供核心技术与产品支撑的同时,也为我国水产疫苗的产业化开发提供了技术体系与标准模式。
  我国是水产养殖大国,但近年来病害问题日渐突出,水产动物病害种类达200余种,每年养殖病害发病率达50%,平均死亡率达30%。面对海水鱼类病害,养殖户惯用的手段便是使用抗生素。以化学药物为主的病害防控方案已经深层次影响到水环境安全、水产食品安全以及人类健康,成为产业绿色发展的重要瓶颈之一。
  早在2001年,张元兴团队就率先布局水产疫苗的创新研究与开发,从事水产病原致病机制研究及疫苗创制工作,并在国内最早建立了基因工程减毒活疫苗的设计与开发平台,以期建立以疫苗接种为核心的病害免疫防控策略,推动水产养殖业向绿色可持续发展模式转变。
  在国家“863”计划等科技项目的资助下,“海洋鳗弧菌减毒活菌疫苗的研制”项目率先开展。
  弧菌病主要病原体为鳗弧菌(Vibrio anguillarum)。团队在建立和阐明相关毒力基因组生物信息学的基础上,利用敲除相关毒力基因片段的基因工程手段构建环境安全、经济、高效价的新型减毒活菌疫苗株。
  与传统的灭活疫苗、亚单位疫苗相比,基因缺失减毒活疫苗能够有效激发细胞和体液免疫,并通过简单的浸泡操作完成规模化免疫接种,因而具有突出的应用优势。
  十八年攻克技术瓶颈
  减毒活疫苗的开发需要精确调控免疫保护力与生物安全性之间的平衡,因此减毒靶点的选择和组合设计是产品创制的核心。基因缺失减毒活疫苗构建开发策略中的基因缺失是其技术关键所在。
  该研究团队核心成员,教授刘琴、教授王启要等在对鳗弧菌、爱德华氏菌等毒力基因研究的基础上,参考国际上细菌减毒活疫苗开发的成功经验,确立了减毒活疫苗构建策略。
  一是选取影响病原菌在宿主体内定殖能力的芳香化合物代谢途径合成基因作为基本缺失靶基因,实现病原菌无法在侵染鱼体内增殖存活的目的。
  二是筛选适宜的毒力因子合成基因作为缺失靶点,使其毒力合成能力丧失。
  三是建立并完善适用于病原菌的无标记缺失技术平台,采用该技术平台,实施靶基因的框内定向缺失,构建获得目标病原株的靶基因单缺或双缺的无标记突变株作为减毒疫苗株候选株。
  历经18年的努力,团队终于在国际上率先成功构建不携带任何外源基因片段的鳗弧菌减毒活菌疫苗株。
  在课题组进行的田间预试验中,1万尾规模的大菱鲆幼鱼在简单浸泡免疫给药(1~3分钟)后,即可实现弧菌病3个月80%以上的有效免疫保护力。免疫后经国家水产品质量监督检验中心产品质量检测,鱼体内残留毒性安全指标优于国家标准。
  不仅是大菱鲆,这种疫苗对石斑鱼、大黄鱼、牙鲆等海水鱼均具有免疫保护力。
  成果转化推动水产养殖绿色发展
  2010年,大菱鲆鳗弧菌基因工程活疫苗研发成果转化给上海浩思海洋生物科技有限公司,在校企双方的共同协作下完成了产品的新药注册,于2019年4月正式获批国家一类新兽药证书。团队主要成员马悦、刘晓红、吴海珍和肖婧凡等在病原诊断、疫苗评价、临床试验、生产应用等各个环节做出了积极贡献。
  “海水鱼发病,受病原、季节、地域差异等多种因素的影响,两苗联用可以更加有效地对病害进行防治。”刘琴告诉《中国科学报》,与中国的海水鱼疫苗屈指可数相对应的,是挪威对三文鱼疫苗的研发已经发展到7联苗,日本也实现了3联苗的突破。
  据介绍,该团队目前已在布局爱德华氏菌活疫苗和鳗弧菌基因工程活疫苗的联合应用,为推动国产海水养殖动物多联活疫苗的诞生,加快推进中国水产养殖业绿色发展做出不懈努力。
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