2022年iGEM課題介紹：Operable Magic to Effectively Getting over AHPND

感謝大家一直以來的關(guan) 注和支持，經過幾個(ge) 月的文獻調研和頭腦風暴後，XMU-China 2022課題終於(yu) 能和大家見麵啦。

我們(men) 今年的課題名為(wei) “OMEGA”（Operable Magic to Effectively Getting over AHPND），課題圍繞對蝦急性肝胰腺壞死綜合症展開，我們(men) 希望利用合成生物學的方法，實現對該病的檢測、治療和預防。

對蝦，是水產(chan) 養(yang) 殖行業(ye) 中的一種高價(jia) 值水產(chan) 品，因其鮮嫩的口感和豐(feng) 富的營養(yang) ，深受世界各地人們(men) 的喜愛。同時，對蝦的養(yang) 殖也在發展中國家創造了更多的就業(ye) 機會(hui) ，帶來了豐(feng) 厚的出口收入。

然而，在對蝦養(yang) 殖過程中，養(yang) 殖戶常常麵臨(lin) 由各種病原菌引起的對蝦病害，而其中又以急性肝胰腺壞死綜合症（Acute Hepatopancreatic Necrosis Disease, AHPND）為(wei) 主。這種病症由副溶血弧菌引起，其體(ti) 內(nei) 含有的pVA1質粒，可以編碼表達兩(liang) 種毒素pirAvp和pirBvp，它們(men) 將造成對蝦細胞成孔損傷(shang) ^[1]。患病對蝦常表現出空腸空胃等症狀，並在感染後數天內(nei) 快速死亡^[2]（圖1）。

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圖1. 健康對蝦（左）與(yu) 患病對蝦（右）表型^[3]

自2009年被首次發現至今，AHPND已經成為(wei) 全球對蝦養(yang) 殖中最為(wei) 棘手的問題（圖2），給行業(ye) 帶來巨大的經濟損失^[2]。此外，由於(yu) 市場上缺乏能夠有效針對該疾病的檢測、治療及預防手段，養(yang) 殖戶也僅(jin) 能通過選擇健康蝦苗、維持環境水質、人為(wei) 添加抗生素等方法盡可能降低對蝦發病率^[4]。然而，這些方法不僅(jin) 應用效果較差，且麵臨(lin) 細菌抗生素耐藥性等問題。

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圖2. 各地AHPND發現年份^[2]

為(wei) 了解決(jue) 這一難題，我們(men) 希望通過合成生物學的方法，實現對AHPND的即時便捷檢測、精準高效治療和長效穩定預防。

首先，我們(men) 以副溶血弧菌的毒力基因為(wei) 靶標，構建了基於(yu) 核酶剪接的無細胞傳(chuan) 感係統。當樣品中存在毒力基因時，核酶的剪接將會(hui) 被觸發，這會(hui) 使得報告基因得以翻譯。我們(men) 還設計了配套的硬件，以幫助蝦農(nong) 們(men) 實現即時便捷的檢測。

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圖3. 檢測係統工作原理

其次，我們(men) 以大腸杆菌作為(wei) 底盤菌，利用其產(chan) 生的外膜囊泡^[5]（outer membrane vesicle, OMV）作為(wei) 載體(ti) ，並借助表麵展示技術在OMV表麵表達能夠特異性識別副溶血弧菌的受體(ti) 。利用工程化改造的OMV，我們(men) 將編碼內(nei) 溶素的質粒運送到病原菌內(nei) 部並在病原菌內(nei) 表達，從(cong) 而實現對病原菌的殺傷(shang) ，達到精準高效治療的目的。

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圖4. 治療係統工作原理

最後，為(wei) 了預防AHPND的發生，我們(men) 將毒素受體(ti) 展示在大腸杆菌產(chan) 生的OMV表麵，用於(yu) 競爭(zheng) 性結合毒素，從(cong) 而起到對對蝦細胞的保護作用。此外，我們(men) 也設計了編碼CRISPR/Cas係統的質粒並借助OMV將其遞送至副溶血弧菌，達到直接破壞其毒力基因，消除其致病性的目的。

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