论文解读：患白便综合症的南美白对虾的组织病理学和微生物组学分析
对虾的白便综合症（WFS）是一种新型消化系统疾病，给对虾养殖业造成了较大的经济损失。 尤其是在水温达到33-34˚C时，呈爆发态势。 在亚洲国家（例如泰国，越南，中国，印度，印度尼西亚）的斑节对虾和南美白对虾中均有报道。 一般在放苗后50-70天或虾的大小为7-12 g最易发生，患病对虾主要表现为发白的肠道或松散的甲壳。
一些研究试图通过细菌鉴定、电子显微镜和组织学分析患白便综合症的对虾是否与虾肝肠胞虫（EHP），簇虫或弧菌有关。 虾肝肠胞虫是在细胞内形成孢子的微孢子虫，感染对虾后，会严重阻碍对虾的生长。尽管在患白便综合症的对虾中经常检出虾肝肠胞虫，但EHP并不是引起白便综合症的病因。另外，从其他研究学者的报道中，也排除了簇虫感染的可能。 由于患白便病的白虾比健康虾的弧菌属峰度明显更高，因此有人推测，高含量的弧菌可能会加剧对虾白便病的恶化。 但最新的微生物组分析研究表明，对虾白便病的发生可能与假丝酵母和芽孢杆菌的增加以及副球菌和乳球菌减少有关。 因此，引起对虾白便病的病原体至今仍未定论。
在本研究中，对从患白便病的虾样品进行了细菌分离，鉴定和检测，以寻找潜的在病原体。 此外，在组织病理学分析和高通量测序的基础上，进行了比较分析，以调查白便病对虾的肝胰脏病理学的变化，肝胰腺和肠道微生物群落中的变化。 进一步对对虾进行了攻毒感染试验，以确定弧菌分离株的致病性和被弧菌感染的对虾的组织病理学变化。 这些结果将为发现对虾白便病的可能原因提供重要线索，并深入了解受白便病影响的虾消化道中微生物的动态变化。
自然感染白便病的虾的组织病理学分析显示，在整个疾病的发生过程中，肝胰腺的上皮逐渐脱离肌上皮层（图2）。在第一阶段，虾的肝胰管仍然富含B细胞，R细胞和F细胞（图2A和图2A、B）。肾小管之间的窦扩张，可能导致肝胰腺粘液。第二阶段的肝胰腺的管状上皮中，F细胞和R细胞的数量减少了， B细胞的比例却增加了（图2D和E）。窦近端有严重的血细胞浸润，上皮厚度随着疾病的发展而逐渐减少。在第三个阶段，大多数肾小管表现出典型的塌陷，其特征是上皮变薄和管腔变大（图2G和H），薄上皮细胞中不再存在B细胞，F细胞和R细胞，血细胞浸润扩散于肝胰窦中，上皮的微绒毛层消失。此外，一些管腔内还可能出现聚集，这可能是由微绒毛脱落引起的。
基于PCR的对虾检测结果，受白便病影响的虾和健康的虾均不含DIV1，WSSV和IHHNV，但均显示EHP阳性。此外，健康的虾没有VAHPND，而大多数的患白便病的虾被诊断为VAHPND阳性。但是，从患病虾中获得的弧菌分离株不含有pirA/Bvp基因。
利用分离的副溶血弧菌菌株S05和锡那罗州弧菌菌株S06感染南美白对虾。以上菌株已确定对对虾具有致病性，并导致虾的剂量依赖性死亡。在对照组中未观察到虾的死亡。感染7天后，接种2.8×107CFU/g剂量的S05和S06，虾的累积死亡率分别为62％和96％。实验数据表明，S05的致病性相对低于S06。这两种菌都能导致对虾的空腹，肝胰腺发白、空肠，但是并没有出现白便的症状。组织病理学观察表明，锡那罗州弧菌菌株S06感染导致虾肝胰腺小管塌陷，管腔增大，上皮厚度减少，肾小管中B，F和R细胞数量减少甚至消失。副溶血性弧菌S05或S05和S06的混合物感染的虾表现出相似的组织病理学。 值得注意的是，在攻毒感染的对虾中，上皮逐渐脱离肌上皮层（图S1A–F），和自然感染的白便病有相似的症状。
高通量测序分析发现，患白便病的肝胰腺和肠中的微生物群落聚集在一起，而健康虾的肝胰腺和肠中的微生物群落聚为一支。白便病虾中的微生物群相对丰富，具有与分泌系统，双组分系统，细菌运动蛋白，细菌趋化性，转录因子以及氨基糖和核苷酸糖代谢相关的功能；而健康虾中的微生物群的功能与生物合成，核糖体，DNA修复和氧化磷酸化有关。
在种属水平上，变形菌门是白便病虾和健康虾中最丰富的，厚壁菌门仅在健康虾中含量较高，相对丰度分别为31.2±47.0％和30.0±7.5％。在健康虾的样本中，变形杆菌的相对丰度（4.0％至89.2％）和厚壁菌的相对丰度差异很大（6.4％至85.3％）。其他相对丰富菌包括变形菌、拟杆菌、放线菌、酸杆菌。
某些优势菌顺序（例如，弧菌，红细菌和黄杆菌）的相对丰度与白便病的严重程度相对应。弧菌属在白便虾发病的第二阶段和第三阶段中相对丰度为19.4％，38.8％，50.3％和76.7％，这说明对虾受白便病影响的健康状况日益恶化。因此，表明弧菌与白便病的发展有关。与弧菌相反，红细菌和黄杆菌的相对丰度在这些虾的微生物群中显示出下降的趋势。
在属水平上，与健康的虾相比，白便病虾的肝胰腺中以弧菌为主，而健康虾的丰度明显降低。相比之下，在健康的虾中，芽孢杆菌和不动杆菌占主导地位，
而患病虾中相对丰度极低。此外，希瓦氏菌在相对丰度上仅次于弧菌，芽孢杆菌和不动杆菌。
使用MetaMIS预测分析了白便病虾和健康虾中的细菌相互作用网络。与健康虾相比，患病虾的肝胰腺和肠道中的细菌相互作用网络更简单。
具体来说，不动杆菌作为主要枢纽将大多数箭头连接到健康虾的细菌种群，而患病虾的主要枢纽被改为弧菌和发光杆菌。 弧菌和发光杆菌将大多数箭头连接到患病虾的网络中，这表明它们可能会抑制其他细菌，进而促进弧菌占主导地位。
此外，柔膜菌和芽孢杆菌是健康虾肠网络中的主要集线器，而弧菌和希瓦氏菌是病虾网络中的主要集线器。值得注意的是，膜菌和芽孢杆菌通常以相对较强的共性或箭头连接到其他菌。在网络中，当预测柔膜菌会抑制同时出现的菌时，会显示芽孢杆菌来刺激其他菌，反之亦然。在患病虾肠网络中，弧菌和希瓦氏菌也观察到类似的相互作用模式。
总之，白便综合症（WFS）是亚洲国家集约化养殖对虾模式的一种新兴消化系统疾病。在本研究中，通过高通量测序对细菌16S rRNA基因进行了主要细菌种群及其相互作用的组织病理学和比较分析。尽管在白便病虾中检测到了虾肝肠胞虫和急性肝胰腺坏死病弧菌（VAHPND），但其组织病理学不支持其对白便病的致病性。得到的弧菌分离株（锡那罗州弧菌和副溶血弧菌）可能发展出与自然患白便病的虾相似的组织病理学变化。相比之下，不动杆菌和芽孢杆菌在健康虾的肝胰腺和肠道细菌群落中占主导地位，是改变细菌相互作用网络的主要枢纽，其组成和作用变化有可能导致健康的虾患病。