烏鱧源維氏氣單胞菌的分離鑒定及其生物學特性研究

王曉磊，譚劭雯，李子雁，溫際富，劉學美，姜彤彤，隋智海*

（1.臨沂大學教育學院，山東 臨沂 276000；2.菲律賓克里斯汀大學國際學院，菲律 賓馬尼拉 1004；3.臨沂大學生命科學學院，山東 臨沂 276000；4.齊魯制藥集團有限公司，山東 濟南 250000；5.臨沂市河東區農業農村局，山東 臨沂 276034）

烏鱧（Channa argus），又稱“黑魚”“生魚”，屬鱧亞目，鱧科，鱧屬，是一種重要的淡水經濟魚類，主要分布在亞洲和非洲，我國年產量可達50萬t[1-2]。但隨著養殖密度的不斷提高，養殖環境被破壞，導致烏鱧病害頻發，制約養殖業的健康發展[3-4]。常見的烏鱧細菌性疾病主要是由諾卡氏菌屬（Nocardia）引發的諾卡氏菌病[5]，由氣單胞菌屬（Aeromonas）引起的壞死性筋膜炎敗血癥[6]，由愛德華氏菌屬（Edwardsiella）引起的愛德華氏菌病[7]等。目前，病害防治主要以化學藥物為主，而藥物的大量使用，會加速病原菌產生耐藥性，成為超級細菌，危害養殖業和生態環境的發展[8-9]。

維氏氣單胞菌（Aeromonas veronii）是一種革蘭陰性菌，屬氣單胞菌科，氣單胞菌屬，兼性厭氧菌，廣泛分布在自然界中[10-11]。維氏氣單胞菌具有較強的環境適應力，可感染宿主范圍較廣，包括淡水魚、兩棲動物、鳥類、哺乳動物等[12-13]，目前，已從患病的鯽、羅非魚、虹鱒、鯉等中分離并鑒定，成為威脅魚類養殖業的病原菌之一[14-16]。在維氏氣單胞菌感染發病過程中，其毒力因子如：氣溶素、絲氨酸蛋白酶、細胞毒性腸毒素、細胞毒性腸毒素和黏附因子，發揮著重要作用[17-18]。因此，隨著分離株日趨多樣化，確定臨床維氏氣單胞菌分離株毒力相關因素，對了解其發病機理和流行病學至關重要[19]。

現從患病烏鱧肝臟、脾臟和腎臟等組織混合樣品中，分離并純化出一株優勢菌株，采用革蘭染色、16S rRNA和gyrB基因鑒定、生理生化試驗等多種方法，確認此優勢菌株是維氏氣單胞菌。通過最適溫度和最適pH值測定、藥敏試驗和毒力基因擴增分析，進一步了解評估其環境適應力、耐藥特性及其致病機制，擬為維氏氣單胞菌感染的預防和治療提供科學指導。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

2021年4月，從山東省臨沂市某烏鱧養殖場取瀕臨死亡的烏鱧，裝入無菌袋，放置冰盒中，2 h內運至臨沂大學生命科學院食品質量與加工實驗室。

1.2 細菌分離、純化及其形態觀察

在無菌條件下，用75%乙醇棉球對烏鱧體表消毒，解剖后剪取部分肝臟、脾臟和腎臟，置于500 μL無菌PBS溶液中，用低速研磨器（北京天根生化科技有限公司）研磨成組織懸液，采用PBS溶液10倍稀釋，涂布在LB固體培養基上，置于30℃中培養24 h，觀察菌落生長情況。選取優勢菌落再次劃線接種于LB固體平板上純化，30℃培養24 h，觀察菌落形態特征。

1.3 革蘭染色

按照革蘭染色液試劑盒（青島海博生物技術有限公司）說明書，從LB固體培養基上挑取單菌落于蒸餾水中混勻，均勻涂布在載玻片上，經結晶紫初染、碘液媒染、95%乙醇脫色和番紅復染，干燥后置于光學顯微鏡下，用油鏡觀察其形態特征。

1.4 16S rRNA、gyrB基因序列擴增與系統發育分析

按照細菌基因組DNA提取試劑盒（天根生化科技有限公司，北京）說明書，LB液體培養細菌16 h，經離心后，提取其基因組DNA。隨后，以其為模板，利用16S rRNA的通用引物27F/1492F和gyrB的引物對gyrB-F/gyrB-R分別擴增16S rRNA和gyrB基因，引物序列見表1[20-21]。PCR反應體系為：2×Taq Master Mix 25μL，上下游引物各2.5 μL，ddH2O 19 μL，DNA模板1 μL。PCR反應程序為：94℃預變性10 min；95℃變性30 s，60℃退火30 s，72℃延伸60～90 s，共30個循環；72℃延伸10 min。經1.2%瓊脂糖凝膠電泳檢測質量，送至生工生物工程（上海）股份有限公司測序。

表1 引物序列

經NCBI在線BLAST完成序列同源性分析，選取部分16S rRNA和gyrB基因序列，利用MEGA-X軟件采用鄰接法（Neighbor-Joining Method）構建系統進化樹，分析序列同源性。

續表

1.5 生理生化特性鑒定

按照微量生化反應管（青島海博生物技術有限公司）說明書，從LB固體平板上刮取菌落，于PBS中混勻，測定菌液在600 nm處的吸光值（OD600），并調至約0.2（0.5麥氏濁度），將50 μL細菌懸液接種至各類微量生化反應管，于30或42℃培養24 h，觀察并記錄反應管顏色變化，參照說明書鑒定細菌生理生化特性。

1.6 最適溫度和最適pH值測定

將細菌接種至LB液體培養基中，過夜培養，5 000 r/min離心，PBS重懸，按照1%接種量轉接至新鮮的液體LB中，分別置于25，30，37和40℃搖床中培養48 h，每個溫度設置3個重復，每隔2 h測定OD600值，取平均值作為最終結果。以培養時間為橫坐標，OD600值為縱坐標，繪制生長曲線，確定最適溫度。隨后按照1%的接種量，分別轉接至pH值為5，6，7和8的新鮮液體LB中，置于37℃搖床中培養48 h，每個pH值設置3個重復，每隔2 h測定吸光值OD600，取平均值作為最終結果。繪制生長曲線，確定最適pH值。

1.7 藥物敏感性試驗

采用Kirby-Bauer紙片擴散法，測定細菌藥物敏感性。用37℃震蕩液體過夜培養細菌，用無菌PBS稀釋至0.5麥氏標準濁度，涂布100 μL菌液于LB平板，貼上藥敏紙片（杭州微生物試劑有限公司產品），置于37°C恒溫培養24 h后，測量抑菌圈直徑（mm），重復3次，取平均值。根據產品說明書，判定分離菌株的耐藥程度。

1.8 毒力基因檢測

以細菌基因組DNA為模板，參照文獻[23]合成引物（表1），由生工生物工程（上海）股份有限公司合成，分別擴增檢測細胞毒性腸毒素基因（act）、菌溶素基因（aer）、脂肪酶基因（lip）、絲氨酸蛋白酶基因（ser）、熱不穩定腸毒素基因（alt）、熱穩定腸毒素基因（ast）和鞭毛蛋白基因（fla）和彈性蛋白酶基因（ahyB）等8種維氏氣單胞菌毒力基因。反應程序：94℃預變性10 min；94℃變性30 s、退火溫度（表1）30 s、72℃延伸20～30 s，30個循環；72℃延伸10 min。擴增產物經1.2%瓊脂糖凝膠電泳檢測并觀察結果。隨后，PCR產物送至生工生物工程（上海）股份有限公司測序，經NCBI的Blastn比對，鑒定其序列是否正確，以確定菌株的毒力基因。

2 結果與分析

2.1 病原菌菌落形態及革蘭染色

從烏鱧病變內臟組織中分離得到一株優勢菌株（暫命名為WL-3）。將WL-3接種在LB固體培養基上，37℃過夜培養，可形成圓形、中間隆起、邊緣整齊、表面光滑濕潤且半透明的淡黃色菌落[圖1（a）]。經革蘭染色，WL-3在油鏡下呈現紅色、短桿狀、兩端鈍圓的特征，是一種革蘭陰性菌[圖1（b）]。

圖1 菌株WL-3

2.2 16S rRNA和gyrB序列分析及系統發育分析

以WL-3基因組DNA為模板，利用引物對27F/1492F和gyrB-3F/gyrB-14R分別擴增16S rRNA和gyrB基因，結果見圖2（a）（b）。由圖2可見，16S rRNA擴增條帶大小約為1 500 bp，gyrB擴增條帶大小約為1 100 bp，均與預期目的片段大小一致。

圖2 基因PCR擴增

16S rRNA和gyrB基因序列經NCBI的Blastn比對分析見圖3（a）（b）。由圖3可見，均顯示菌株WL-3與維氏氣單胞菌的相似度最高，分別為99.70%（16S rRNA）和99.81%（gyrB）。從中選取部分同源性較高的同屬菌株序列，利用Mega-X構建NJ系統進化樹，顯示菌株WL-3與維氏氣單胞菌自然聚在一支中。

圖3 基因序列的系統發育進化樹

2.3 生理生化特性

生理生化鑒定結果見表2。由表2可見，菌株WL-3可利用葡萄糖、蔗糖、甘露糖、甘露醇和乳糖等5種碳源；精氨酸雙水解酶、V-P試驗等2項指標均呈陽性反應；在無鹽和3%NaCl胰胨水中生長；但纖維二糖、阿拉伯糖、鼠李糖、尿素酶、明膠酶、氧化酶、鳥氨酸脫羧酶、賴氨酸脫羧酶、6%～10%NaCl胰胨水、42℃生長等13項試驗結果為陰性。

表2 菌株WL-3的生理生化特性①

續表

2.4 藥敏試驗結果

用藥敏紙片法測定菌株WL-3對30種抗生素的敏感性，結果見表3。由表3可見，該菌對氨芐西林、多西環素、卡那霉素、紅霉素、四環素、復方新諾明等12種藥物有較強耐藥性；對慶大霉素、環丙沙星等2種抗生素中度敏感；對頭孢唑啉、頭孢氨芐、頭孢拉定、頭孢呋辛、丁胺卡那、新霉素、氯霉素、氧氟沙星等16種抗生素高度敏感。結合臨床用藥原則，可考慮適當使用硫酸新霉素粉（水產用）來進行防治。

表3 分離菌株WL-3藥敏試驗結果①

2.5 部分毒力基因檢測

菌株WL-3的毒力基因擴增PCR產物，經1.2%瓊脂糖凝膠電泳檢測，結果見圖4。由圖4可見，aer、alt、ahyB、act可以擴增出單一條帶，與預期大小一致，而lip、ser、ast、fla沒有擴增條帶。隨后對目的條帶進行測序，經Blastn比對，其序列與腸毒素、脂肪酶、蛋白酶以及血溶素基因相似度達到100%，表明該菌株攜帶了多種毒力基因。

圖4 分離菌毒力基因PCR擴增結果

2.6 最適溫度和最適pH值測定

菌株WL-3在不同的溫度和pH值下的生長情況見圖5。由圖5可見，25～37℃時，菌株WL-3均能生長，最適溫度是37℃，42℃時不能生長；pH值為5～8時，均能生長，最適pH值為7。

圖5 分離菌株WL-3在不同溫度和pH值生長曲線的測定

3 討論

3.1 病原菌的分離和鑒定

截至目前，已從患病烏鱧中分離得到不同種類病原菌，如殺魚愛德華氏菌、嗜水氣單胞菌、維氏氣單胞菌等[23-26]，其中，維氏氣單胞菌是一種人、獸、魚共患病原菌，廣泛分布在自然界中，既可感染魚類、引發敗血病和潰瘍綜合征等，也可以感染人類、引發敗血癥和胃腸炎等癥狀[27]。

針對臨沂市某烏鱧養殖場暴發皮膚潰爛病，從患病烏鱧體內分離純化得到一株優勢的革蘭陰性菌株WL-3，其生理生化特性與草魚源維氏氣單胞菌16-1、鯽源維氏氣單胞菌CFJY-623和維氏氣單胞菌ATCC 35624既相似，又不同[22，28]。雖然生理生化特征分析在細菌鑒定中十分常用，但也存在難度較高且準確性低的缺陷，需要結合分子鑒定法[29]。16SrRNA和gyrB均為保守基因，存在于所有細菌中，是區別細菌種屬關系最有效和最精確的方法之一[30]。經Blast比對和系統發育樹分析，菌株WL-3的16SrRNA和gyrB基因序列與已知的維氏氣單胞菌同源性最高，并且與維氏氣單胞菌聚在一支中。因此，鑒定此分離菌株為維氏氣單胞菌WL-3。

3.2 致病性與致病機理

氣單胞菌毒力因子，如生物活性因子、黏附因子、水解酶和腸毒素等，與其致病性息息相關，也是評估其潛在致病性的良好指標之一[31]。菌株WL-3的毒力基因檢測顯示，其攜帶了aer、alt、ahyB、act等4種毒力基因，分別編碼菌溶素、熱不穩定腸毒素、彈性蛋白酶和細胞毒性腸毒素。菌溶素通過與糖基磷脂酰肌醇錨定蛋白結合，破壞宿主的細胞膜，引發細胞凋亡[32]。彈性蛋白酶通過破壞和降解宿主免疫蛋白，加速其感染和定植[33]。腸毒素具有溶解紅細胞、破壞組織細胞系、在結扎腸環模型中引起液體分泌反應等生物學活性功能[34]。菌株攜帶毒力因子多少與致病性強弱有一定相關性，說明該菌株具有潛在致病性,但毒力基因與其致病機理的關系還需進一步研究。生長曲線測定顯示，該菌株可以在不同的溫度、pH值和NaCl濃度（≤3%）下生長，具有較強的環境適應能力，這與維氏氣單胞菌CFJY-623相似[22]。這些結果有助于了解氣單胞菌的發病機制和流行病學特征，繼而評估感染引發病害的風險。

3.3 病害的預防及控制方法

目前治療皮膚潰爛病、爛鰓病、出血癥等魚類疾病的主要方法仍然是使用抗菌藥物。經藥敏試驗發現，維氏氣單胞菌WL-3對氨芐西林、多西環素、卡納環素、紅霉素、四環素等多種藥物有較強抗性，但對頭孢氨芐、頭孢唑啉、頭孢拉定、頭孢呋辛、頭孢他啶、丁胺卡那、新霉素、氯霉素等藥物敏感?？筛鶕a用藥規定，選擇合適的敏感藥物，如硫酸新霉素粉（水產用）進行相應的治療。