蛋白質(zhì)組學(xué)視角下養(yǎng)殖魚類病理學(xué)研究與診斷

水產(chǎn)養(yǎng)殖中的魚類疾病暴發(fā)是水產(chǎn)系統(tǒng)中魚類、環(huán)境和病原體之間復(fù)雜相互作用的結(jié)果。

蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)是流行病學(xué)和魚類疾病研究中最有效的方法之一。蛋白質(zhì)組學(xué)是指研究在生物體或細(xì)胞群體的特定狀態(tài)下表達(dá)的全部蛋白質(zhì)的方法?；谫|(zhì)譜(MS)的高通量蛋白質(zhì)組學(xué)方法允許測量數(shù)千種蛋白質(zhì)的多種屬性，包括它們的豐度、組織分布、亞細(xì)胞定位、翻譯后修飾和蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用?；诘鞍踪|(zhì)組學(xué)的方法除了能夠快速和敏感的病原體檢測和識別外，還可以為魚類細(xì)胞響應(yīng)病原體和疾病進(jìn)展期間的調(diào)控提供獨特的見解。

1.魚類健康、壓力和福利

在水產(chǎn)養(yǎng)殖中，不適當(dāng)?shù)酿B(yǎng)殖條件，甚至是標(biāo)準(zhǔn)的養(yǎng)殖方式，都是養(yǎng)殖系統(tǒng)中的日常壓力來源。施加在動物身上的負(fù)荷會降低其功能免疫機(jī)制，從而導(dǎo)致疾病的發(fā)生，并威脅魚類的福利。

預(yù)防和根除疾病是養(yǎng)魚場確保生產(chǎn)可持續(xù)性的關(guān)鍵點。提供最佳福利條件、定期監(jiān)測健康參數(shù)、緩解壓力是實現(xiàn)這一目標(biāo)的必要步驟。壓力被認(rèn)為是一種受到威脅的動態(tài)平衡狀態(tài)，而這種狀態(tài)是通過生理系統(tǒng)變化的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)重新建立起來的。

加深我們對壓力、魚類健康和福利機(jī)制的科學(xué)認(rèn)識，對可持續(xù)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)至關(guān)重要。近年來，更先進(jìn)的高通量技術(shù)，如蛋白質(zhì)組學(xué)，開始成功地用于水產(chǎn)養(yǎng)殖研究，包括用于研究魚類疾病和福利，全面了解生理應(yīng)激反應(yīng)的分子事件，并對參與炎癥過程和免疫反應(yīng)的差異蛋白提供有價值的見解。對魚類的蛋白質(zhì)組學(xué)研究主要針對肝臟，然而，血漿和粘液正變得越來越重要，主要從免疫學(xué)的角度來看，因為皮膚粘液是魚類的主要防御屏障之一，血漿是生理或病理條件的報告器。蛋白質(zhì)組學(xué)在這一領(lǐng)域的重要應(yīng)用涉及研究某些疾病和寄生蟲對蛋白質(zhì)豐度和修飾的影響，以及研究宿主和病原體的相互作用。例如，評估暴露在飼養(yǎng)應(yīng)激源后受到特定病原體挑戰(zhàn)的魚的蛋白質(zhì)組變化的聯(lián)合研究很少。然而，現(xiàn)有的蛋白質(zhì)組學(xué)研究表明，水產(chǎn)養(yǎng)殖和環(huán)境應(yīng)激源清楚地調(diào)節(jié)了魚類的免疫功能，表明這些技術(shù)已經(jīng)成為研究這些問題的有效方法。

2.疾病診斷學(xué)

為了正確診斷水產(chǎn)養(yǎng)殖中的病理學(xué)，我們必須將疾病視為一個具有從環(huán)境到細(xì)胞、基因組和蛋白質(zhì)組水平的多層次不斷增加的生物復(fù)雜性問題。

蛋白質(zhì)組學(xué)等領(lǐng)域可以是病原體鑒定、疾病癥狀學(xué)和組織病理學(xué)分析等更經(jīng)典方法的重要補(bǔ)充，以便在水產(chǎn)養(yǎng)殖中實現(xiàn)良好的疾病診斷。在蛋白質(zhì)組學(xué)中，不管分析的蛋白質(zhì)混合物有多復(fù)雜(從數(shù)百種到幾千種蛋白質(zhì))，主要目標(biāo)都是準(zhǔn)確識別這些混合物中盡可能多的蛋白質(zhì)。在基于凝膠的方法中，蛋白質(zhì)首先通過一次(1-DE)或二維凝膠電泳(2-DE)分離，然后通過質(zhì)譜進(jìn)行鑒定，而在無凝膠方法(或基于MS的)中，蛋白質(zhì)混合物在蛋白質(zhì)鑒定之前保持在溶液中。在每種情況下，蛋白質(zhì)樣本都可能被序列特異性酶(通常是胰蛋白酶)以所謂的基于肽的“自下而上”的蛋白質(zhì)組學(xué)方法消化成肽，以區(qū)別于“自上而下”的蛋白質(zhì)組學(xué)中對整個蛋白質(zhì)的分析。多肽樣品可以通過液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜(LC-MS/MS)進(jìn)行分離和分析，通常采用電噴霧電離(ESI)的方法將多肽轉(zhuǎn)化為氣相離子進(jìn)行質(zhì)譜分析。或者，可以用基質(zhì)輔助激光解吸/電離(MALDI)飛行時間(TOF)質(zhì)譜分析多肽樣品。選擇的方法總是取決于主要的研究目標(biāo)、成本和專業(yè)知識，基于MALDI-TOF MS的策略最適合微生物鑒定和診斷，因為它是一種快速、靈敏和經(jīng)濟(jì)的方法，在勞動力和成本方面都是如此。另一方面，LC-MS/MS最適合大規(guī)模的、系統(tǒng)的蛋白質(zhì)組表征，例如涉及宿主-病原體的相互作用，允許多重樣品分析和定量。

病原體對魚類有不同的影響，因為感染的嚴(yán)重程度取決于不同的因素，如寄主種類、魚齡和生理狀態(tài)、環(huán)境條件和疾病階段。一般來說，疾病可以在不同的階段表現(xiàn)出來，可以從急性疾病發(fā)展到慢性疾病，也可以相反的方式發(fā)展。大西洋鮭魚暴發(fā)中的傳染性鮭魚貧血(ISA)就是這種情況，最初死亡率較低，導(dǎo)致魚類出現(xiàn)輕微變化(例如貧血)。如果不采取診斷措施，這一慢性階段可能會被忽視。死亡率高的急性疾病階段可能零星發(fā)生，增加了疾病的嚴(yán)重性(例如腹水炎和出血)。此外，ISA慢性感染在秋季發(fā)展，而急性期更多地在春季觀察。除了感染病毒、細(xì)菌、寄生蟲和真菌外，魚類還可能暴露在二次感染中，這可能會惡化它們的健康狀況并增加死亡率。觀察臨床癥狀(外部或內(nèi)部)和行為變化有助于檢測魚中病原體的存在。然而，對一種疾病的反應(yīng)所表現(xiàn)出的體征可能是該疾病的非特異性體征，并且在不同病原體感染之間非常相似。此外，魚可能很少或根本沒有這些跡象。在這些觀察之后，大體和顯微病理學(xué)可以用來確認(rèn)一些病原體，但通常需要使用更具體的診斷類型來進(jìn)行鑒定。

總之，我們可以將蛋白質(zhì)組學(xué)視為魚類病理學(xué)研究和診斷的一種非常有前途的工具，使我們能夠更全面地研究發(fā)病過程，提供關(guān)于病原體鑒定和毒力機(jī)制表征以及宿主與病原體相互作用的重要信息，啟發(fā)新的應(yīng)激反應(yīng)途徑和以前未知的生理宿主反應(yīng)。然而，蛋白質(zhì)組學(xué)在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的應(yīng)用還處于初級階段，僅限于一些測序的生物。在定義水產(chǎn)養(yǎng)殖蛋白質(zhì)組和來自病魚和魚類病原體的大規(guī)模數(shù)據(jù)集方面的突破進(jìn)展將促進(jìn)蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的使用，這將導(dǎo)致該領(lǐng)域有更多新的發(fā)現(xiàn)。但是，最有希望和最有趣的領(lǐng)域之一，是對環(huán)境-宿主-病原體相互作用的研究，該方向的研究突破具有很大的可能讓我們對魚類的發(fā)病機(jī)制有一個更詳細(xì)的、更完整的全新認(rèn)識。