昨(27)日，由中研院生化所、臺大醫院和圖爾思生技主辦的第八屆亞洲微生物體趨勢論壇中，分場論壇(Session 4)以「海洋微生物與永續發展」為主題，在中研院生物多樣性研究中心研究員湯森林主持下，由中研院植微所副研究員顧銓、海大海生所助理教授何攖寧、中研院細生所副研究員曾庸哲、臺大漁科所助理教授陳立涵、臺大植科所副教授何銘洋，分別從基因體演化、高通量定序、淺海熱泉生態系、水產養殖應用、基因定序鑑定藍綠菌等角度，分享微生物學在海洋生態系統相關研究的多樣化發展。
 

顧銓：基因體學揭秘鈣板藻、藻類巨病毒演化

 
中研院植微所副研究員顧銓，分享了其針對全球海洋廣泛分佈的「鈣板藻」，和會感染鈣板藻的巨病毒(giant viruses)演化研究。他表示，單細胞鈣板藻會在生命週期中於細胞內產生「碳酸鈣板」，其死後的碳酸鈣會沈積在海中，並貢獻了20%的海洋碳儲存量。
 
顧銓團隊以多項基因體學方法，分析各種鈣板藻的基因變化，發現其演化樹差異很大，且過去從未在其他真核生物中發現此現象；他們還發現，鈣板藻在生命週期中產生鈣板和未產生鈣板時，具有顯著的基因表現差異。
 
另一方面，團隊也針對感染鈣板藻的巨病毒加以研究，發現在感染過程中，具病毒的不同基因會分為多個波段表現，調控相當精細。他們在與中研院分生所張雯團隊合作下，進一步探究了巨病毒的演化。
 
他們從感染機轉已相當清楚的牛痘病毒(vaccinia virus)推論，由於病毒在進入具有細胞壁的藻類時，和進入動物細胞、變形蟲時機轉不同，因此在病毒演化過程中，保有如同牛痘病毒進入宿主時需運用多種特定表面蛋白的病毒，可能進而演化為如今感染動物的病毒；而失去這些特定蛋白的巨病毒，則演化為如今感染藻類的病毒。
   

何攖寧：第三代定序助攻探索海洋新種微菌

 
海洋大學海洋生物研究所助理教授何攖寧指出，海洋微生物的滅絕比一般物種更難發覺，因此鑑定它們的工作就如同在海洋探索「暗物質」。他表示，據估計地球上應該有多達220萬到430萬種微生物，但迄今卻只有2萬種以上的原核生物被發現，更有超過6.5萬種原核生物雖然已經被充分鑑定、卻無法培養。
 
何攖寧表示，傳統上鑑定海洋微生物必須透過培養、使微菌分離(isolate)後才能鑑定，現在則是得力於宏基因體學(metagenomics)、第三代高通量定序、單細胞定序、化學代謝體分析等技術，有機會在採樣現場就初步為樣本中未知的細菌分類，更快找到新種，特別是利用長片段序列(long reads)組裝基因體，即使是遇到混菌的狀況也能達到一定程度的鑑別度。
 
此外在培養微生物鑑種工作上，何攖寧團隊也發現，要發現海水中的新微生物種類，不見得要用營養最豐富的培養基，反向操作利用養分貧乏的培養基也能做到，例如在橈腳類身上發現新種附生細菌Grimontia copepodii、在珊瑚礁和貝類發現的新弧菌屬(Vibrio)細菌等。
   

曾庸哲：烏龜怪方蟹的淺海熱泉菌共生之道

 
中研院細生所副研究員曾庸哲，從生活在龜山島的烏龜怪方蟹(Xenograpsus testudinatus)為例，分析當地獨特淺海熱泉系統的環境，以及烏龜怪方蟹利用體表微生物在極端環境下存活的共生之道。曾庸哲表示，熱泉生態系統的研究通常位在深海、水壓很高，因此難度很高也很昂貴。
 
然而，龜山島知名景點牛奶海所在的龜首東南側海域，迄今仍有活躍的板塊火山活動，但深度僅有15到17公尺，陽光充足、水壓不大，環境條件相當特殊；另一方面，距離不遠的龜尾海域深度僅2到3公尺、海中環境穩定，酸鹼度與龜首海域相差甚大，提供了得天獨厚的環境差異可供比較。
 
曾庸哲研究團隊發現，烏龜怪方蟹具有極佳的瞬間酸鹼平衡能力，血淋巴也具有將硫化物氧化的解毒能力，其中的關鍵就是牠們的鰓和殼表中，存在與蟹共生的硫磺菌屬(Sulfurovum)，它們能夠利用海水中的二氧化碳作為碳源。曾庸哲表示，烏龜怪方蟹透過與微生物的內共生關係，完美地在龜山島海域的特殊熱泉環境下存活下來。
   

陳立涵：微生物探索水產養殖細菌感染、氨氮堆積、環境保護解方

 
臺大漁科所助理教授陳立涵，分享利用微生物改良水產養殖的應用實例。首先是臺灣重要的經濟魚種——烏魚，由於其經濟價值主要來自烏魚子、必須經過2到5年的養殖期，但容易受到諾卡氏菌屬(Nocardiosis)的感染，該病菌具有內臟潛伏期長、具抗生素耐性的特性，幾乎沒有抗生素可用，因此團隊利用鼠李糖乳桿菌(L. rhamnosus)、納豆桿菌(B. subtilis natto)、洛德乳酸桿菌(L. reuteri)，做出能夠透過調控烏魚腸內微生物，提升烏魚對諾卡氏菌的免疫相關基因表現的益生菌配方。
 
接著，陳立涵分享白蝦飼養池中設置淤泥移除系統的微生物研究。他表示，漁民希望透過淤泥移除系統避免沉積、產生會讓蝦子大量死亡的氨氮化合物，但一經檢驗卻發現系統反而會讓但代謝相關的細菌變少，使得水中氨氮濃度依然不穩定，而透過在水中添加四種益生菌，便能讓氨氮濃度變得平穩。
 
最後，微生物也能應用在循環農業。在陳立涵最新啟動的研究中，希望將全臺每年生成兩萬噸、只能濃縮掩埋的酸菜廢液，運用其內含的豐富營養鹽，飼養文蛤也能吃、且能在文蛤池培養的微藻類，目前已經找出13種可行的微藻，且其中有6種已有文獻支持是文蛤會攝取的微藻。
   

何銘洋：16S RNA基因定序 鑑定特殊光合作用藍綠菌

 
最後，臺大植科所副教授何銘洋分享利用16S RNA基因定序，鑑定出在遠紅光下可生長的藍綠菌。沈銘洋表示，一般植物透過葉綠素a及葉綠素b系統，吸收可見光、進行光合作用，但有的藍綠菌的葉綠囊膜構造，能夠透過葉綠素d及葉綠素f，將遠紅光當成光合作用的光源，從而比植物多出30%的光線做為營養源。
 
何銘洋表示，目前已知除了Acaryochloris屬的藍綠菌具備利用遠紅光行光合作用的能力，還有散落在五大類藍綠菌中、帶有在親緣關係上屬於多元起源基因簇(Polyphyletic gene clusters)「FaRLiP」的藍綠菌，目前已知有50種FaRLiP基因簇。
 
何銘洋團隊則是利用兼具靈敏度、解析度、可及性的16S rRNA定序，克服微生物培養的挑戰，在各種棲息環境尋找帶有FaRLiP基因簇的藍綠菌。結果發現，在水體中此類藍綠菌反而較少，僅出現在極表層海水、生物體表、溫泉、潮間帶的疊層石或灘岩上，反而是在陸域更加豐富，幾乎世界各個角落都有可以利用遠紅光的藍綠菌存在，尤其以植蔭覆蓋下的環境最多。
   
(報導 / 吳培安、巫芝岳)