양식 돌기해삼 , Apostichopus japonicus의 세균 감염증과 방어인자에 관한 연구
- Alternative Title
- Study on bacterial infection and defense factors in cultured sea cucumber, Apostichopus japonicus
- Abstract
- Sea cucumber (Apostichopus japonicus) is an economically important species and recently its culture has become very popular in china. However, the disaccord of the development of intensive culture with the research of Apostichopus japonicus biology and culture technique has caused the emergence of significant diseases and severe economic loss. Cultured Apostichopus japonicus suffering from serious diseases with massive mortality. Clinical signs included mouth tumidity, shaking head, skin ulceration during the winter from 2004 to 2006 in Dalian, China. In order to make clear the cause of diseases, prevent and cure them, we carried out a series of research, including Apostichopus japonicus immunity, bacterial diversity in the internal bodily and external environment of healthy and diseased sea cucumbers, identification and biological characteristics of pathogenic bacteria infection, the relationship between bacterial infection and organism immunity.
The results can be summarized as follows:
1. Bacteria diversity in the internal bodily and external environment of healthy and diseased sea cucumber
(1) Indoors the number of heterotrophic bacteria and Vibrio spp. in intestine and sediment was highest, and that in skin, coelomic fluid, net and water was similar. The predominant bacteria belonged to Vibrio spp. (62.71 %), Enterobacteriaceae (8.47 %), Aeromonas spp. (6.48 %), Pseudomonas spp. (6.48 %), Moraxella spp. (5.08 %), Acinetobacter spp. (3.39 %), Alcaligenes sp. (1.69 %), Agrobacterium sp. (1.69 %), respectively.
(2) Outdoors the number of bacteria in intestine and sediment was the highest. The predominant bacteria belonged to Vibrio spp. (46.15 %), Flavobacterium spp. (12.82 %), Enterobacteriaceae (10.26 %), Aeromonas spp. (10.26 %), Pseudomonas spp. (5.13 %), Agrobacterium spp. (5.13 %), Pseudoalteromonas sp. (2.56 %), Moraxella sp. (2.56 %), Acinetobacter sp. (2.56 %), Alcaligenes sp. (2.56 %), respectively.
(3) The number of heterotrophic bacteria and Vibrio spp. isolated from skin and sediments in diseased Apostichopus japonicus was 3∼4 times more than in the healthy individuals. The predominant bacteria belonged to Vibrio spp. (64.51 %), Serratia spp. (12.9 %), Shewanella spp. (12.9 %), Pseudoalteromonas spp. (6.45 %) and Flavobacterium sp. (3.22 %), and the thirdly most predominant strains were V. splendidus (41.94 %), Serratia odorifera biogroup Ⅰ(12.9 %)and Shewanella spp. (12.9 %), respectively. Shewanella spp. was only isolated from diseased Apostichopus japonicus.
2. Determination of pathogenic bacteria and microbiological charateristics of Shewanella marisflavi
(1) On the basis of challenge tests, 13 of 31 strains isolated were pathogenic to Apostichopus japonicus, which were 8 strains of V. splendidus, 3 strains of Shewanella spp. and 2 strains of Pseudoalteromonas tetraodonis, respectively. Interestingly, 8 of 13 strains of V. splendidus isolated were pathogenic and their frequency appeared was highest.
(2) Artificial infection by all these pathogens causes disease and mortality in sea cucumber, swordtail fish (Xiphophorus helleri) and mice. Based on LD50, the virulence order of pathogens was: S. marisflavi > V. splendidus >P. tetraodonis. and the LD50 for sea cucumber was higher than for swordtail fish and mice.
(3) Environmental stressors of salinity, pH and temperature on virulence of pathogens for Apostichopus japonicus would shorten time of death and induce higher mortality. Apostichopus japonicus was more susceptive to higher temperature, lower salinity and lower pH. Environmental factors beyond normal limit seem to be responsible for the disease.
(4) Colonies of S. marisflavi were light red, 1.2∼2mm sized rod with viscosity on marine agar (MA, Difco) medium after incubating at 25 ℃ for at least 48h and green on thiosulfate-citrate-bile-salts-sucrose (TCBS) medium. In transmission electron microscopy, S. marisflavi had polar flagella and visible secretion around.
(5) S. marisflavi was Gram-negative, oxidase- and catalase-positive and not sensitive to O/129. It caused clear hemolysis on sheep blood agar (β- hemolysis) and produced H2S. The condition of 4∼35 ℃, pH 6.0∼9.2 and 0∼8 % NaCl was needed for growth of S. marisflavi.
(6) The phylogenetic tree based on 16S rDNA genes sequence revealed that the pathogen had the closest phylogenetic affiliations to the S. marisflavi KCCM 41822 [Accession number:AY485224], the similarity and bootstrap value between them were 99.86 % and 100 %, respectively.
(4) ECPs of S. marisflavi showed positive values for caseinolytic, amylase, lipase and phospholipase activity. The proteinase activity decreased below 40 ℃, ECP's optimal condition were under 2.0∼4.0 % NaCl, 28 ℃, pH 7.5, BHIA and incubating 35 hours.
3. Apostichopus japonicus cellular immunity and the relationship between bacterial infection and organism immunity
(1) Through light and electron microscopy, coelomocytes of Apostichopus japonicus can be divided into six types: lymphoid cells, spherulocytes, ameboid phagocytes, hyaline cells (or hyalinocytes), fusiform cells and crystal cells. Furthermore, spherulocytes can be divided into typeⅠ,Ⅱ and Ⅲ. The annual average of total coelomocytes count (TCC) was (3.85±0.21) × 106 cells/㎖, the count of lymphoid cells, spherulocytes and ameboid phagocytes was (1.58±0.11) × 106cells/㎖, (41±1.47) %; (1.16±0.13) × 106 cells/㎖, (30±0.89) % and (0.99±0.07) × 106 cells/㎖, (25±0.98) % of THC, respectively.
(2) Spherulocytes and amebocytes had the ability to phagocytize carmine and yeast, and phagocytic percent and phagocytic index were correlated to the size and the kind of foreign bodies. Furthermore, phagocytic ability was correlated to temperature, the peak phagocytic percent and index appeared at 18 ℃, followed by at 12 ℃, and then at 4 ℃ and 25 ℃. In addition, coelomocytes had the ability to agglutinate in vitro and the agglutination was correlated to the stimulation by temperature and foreign bodies.
(3) Antibacterial activity (Ua), lysozyme activity (Ul), acid phosphatase (ACP), alkalphosphatase (ALP), catalase (CAT), peroxidase (POD) and superoxide dismutase (SOD) except for phenoloxidase (PO) were determined in different tissues (tentacle, body wall, intestine, respiratory tree, muscle, coelomic fluid, extraction of coelomocytes and body surface mucus) of Apostichopus japonicus. Additionally, the discrepancy of immune enzymes activity in tissues existed among different seasons. Two peak values of all the enzymes appeared on May and November, the least appeared on August.
(4) Enzyme cytochemistry showed that the activity of ALP, ACP and POD was determined in lymphoid cells and spherulocytes. Ameboid phagocytes was ALP positive and all coelomocytes were PO negative. The stratum corneum and epithelium layer of tentacle, intestine, respiratory tree, muscle and body wall were ALP negative. The epithelium layer and back layer of tentacle, mid-gut, respiratory tree, muscle and body wall were ACP negative. The connective tissue of tentacle, intestinal mucosa, outer connective tissue of respiratory tree and corium cutis of body wall were POD negative. All the tissues above were PO negative.
(5) The number of THC in Apostichopus japonicus after infected by pathogenic bacteria showed a repeated trend: reduces first and then increases. The variety of spherulocytes and lymphoid cells occurred synchronously.
(6) Both pathogenic and non-pathogenic bacteria induced similar degree of immune related enzymes activity. The effect of higher bacterial cell concentration had more obvious than that of the lower concentration.
- Author(s)
- LI HUA
- Issued Date
- 2008
- Awarded Date
- 2008. 8
- Type
- Dissertation
- Keyword
- 양식 돌기해삼 Apostichopus japonicus 세균 감염증 방어인자
- Publisher
- 부경대학교 대학원
- URI
- https://repository.pknu.ac.kr:8443/handle/2021.oak/11102
http://pknu.dcollection.net/jsp/common/DcLoOrgPer.jsp?sItemId=000001955537
- Affiliation
- 부경대학교 대학원
- Department
- 대학원 수산생명의학과
- Advisor
- 박수일
- Table Of Contents
- Abstract = x
List of Tables = xv
List of Figures = xviii
서론 = 1
제1장 돌기해삼, Apostichopus japonicus 체내와 사육 환경 중의 세균총 = 5
Ⅰ. 서론 = 5
Ⅱ. 재료 및 방법 = 7
1. 월동기 돌기해삼 체내와 환경 중의 세균수 = 7
1.1. 시료채취 = 7
1.1.1. 실내 월동 돌기해삼 종묘 = 7
1.1.2. 실외 월동 돌기해삼 성삼(成蔘) = 10
1.1.3 시료 처리 = 10
1.2. 세균수 측정 = 10
1.3 통계 분석 = 11
2. 세균의 동정 = 11
2.1. 분리와 보존 = 11
2.2. 형태학적 관찰 = 13
2.2.1. 광학 현미경적 관찰 = 13
2.2.2. 전자 현미경적 형태 관찰 = 13
2.3. 생리학적 성상 시험 = 13
2.4. 생화학적 성상 시험 = 13
2.5. 16S ribosomal DNA (16S rDNA) 유전자 배열 분석 = 14
2.5.1. 세균의 genomic DNA 분리 = 14
2.5.2. 16S rDNA의 cloning = 14
2.5.2.1. Primer의 설계 = 14
2.5.2.2. PCR에 사용된 시약과 PCR 수행 = 15
2.5.2.3. Gel에서 PCR 산물의 추출 = 16
2.5.2.4 DNA sequencing 및 염기 서열의 비교 분석 = 16
2.6 V. splendidus 특이적 primer를 이용한 PCR 확인 = 16
2.6.1. 세균의 genomic DNA 분리 = 16
2.6.2 특이적 Primer의 설계 = 16
2.6.3 PCR 수행 = 16
Ⅲ. 결과 = 18
1. 실내 돌기해삼 종묘 체내와 사육 환경의 세균수 = 18
1.1. 체표 점액 = 18
1.2. 체강액 = 18
1.3. 내장 = 18
1.4. 사육수 = 18
1.5. 저질 = 19
1.6. 부착망 = 19
1.7. 실내 돌기해삼 종묘와 사육 환경 동기 샘플의 세균수 = 21
2. 실외 월동지 성삼(成蔘) 체내와 사육 환경의 세균수 = 22
2.1. 체표 점액 = 22
2.2. 체강액 = 22
2.3. 소화관 = 22
2.4. 사육수 = 22
2.5. 저질 = 23
2.6. 성삼 체내와 사육 환경의 세균수 = 25
3. 종묘 체내와 사육 환경의 우점균 종류 = 26
3.1. 종묘 체내와 사육환경의 우점균 종류 = 26
3.1.1. 종묘 체내와 사육 환경의 vibrio속 세균 = 26
3.1.2. 실내 돌기해삼 종묘 및 환경의 non-Vibrio sp. 세균 = 33
3.1.3. 형태학적 관찰 = 34
3.2. 성삼체내와 사육환경의 우점균 종류 = 36
3.2.1. 성삼 체내와 사육환경의 Vibrio. sp 우점균 = 36
3.2.2. 월동 성삼 체내와 사육환경의 non-Vibrio sp. 우점균 = 39
3.3. 병든 돌기해삼에서 분리한 세균 종류 = 41
3.3.1. 임상 증상 = 41
3.3.2. 세균 종류 = 42
3.3.2.1. 형태학적 관찰 = 44
3.3.2.2. 생리 생화학적 성상 = 45
3.3.3. PCR법을 이용한 V. splendidus 균주의 동정 = 53
3.3.4. 분리 균주 16S rDNA의 유전자 분석과 계통수 = 54
3.4. 병든 돌기해삼 우점균 종류의 특징 = 63
Ⅳ. 고찰 = 64
1. 돌기해삼 종묘와 성삼 및 사육환경의 세균수 = 64
2. 월동기간 돌기해삼의 세균 종류 = 66
3. 월동기간 병든 돌기해삼의 세균 종류 = 68
Ⅴ. 요약 = 72
제2장 분리균의 병원성 확인 및 Shewanella marisflavi의 미생물학적 특성 = 73
Ⅰ. 서론 = 73
Ⅱ. 재료 및 방법 = 75
1. 분리균의 병원성 = 75
1.1. 인위 감염 시험 = 75
1.1.1 시험 돌기해삼 = 75
1.1.2. 감염 시험 = 75
1.1.3. 분리균의 독성 = 75
1.1.4. 감염 경로와 돌기해삼 사육 단계에 따른 병원성 조사 = 76
1.2. 물리적 조건에 따른 S. marisflavi의 병원성 = 77
1.2.1. 염분 농도 = 77
1.2.2. pH = 78
1.2.3. 온도 = 78
1.3. S. marisflavi 감염 후의 조직내 분포 = 78
1.3.1. S. marisflavi 인위 감염 = 78
1.3.2. 시간경과에 따른 조직내 세균 분포 = 78
1.3.3. 균수 측정 및 분리균 확인 = 79
2. Shewanella marisflavi 미생물학적 특성 = 79
2.1. Shewanella marisflavi 성장 조건 = 79
2.1.1 염분 농도 및 시간별 발육 시험 = 79
2.1.2. 배양 온도 및 시간별 발육 시험 = 79
2.1.3. 배지 최초 pH 및 시간별 발육 시험 = 80
2.1.4 배양 성상 = 80
2.2. 용혈성 = 80
2.3. 약제감수성 시험 = 81
2.4. Shewanella marisflavi extracellular products (ECPs)의 특성 = 81
2.4.1. ECPs 생성의 적정 조건 = 81
2.4.1.1. ECPs의 추출 및 단백질 정량 = 81
2.4.1.2. 시험 조건 = 82
2.4.2. ECPs 중 효소 측정 = 82
2.4.3. Proteolytic activity = 83
2.4.4. 열 안정성 시험 = 83
2.4.5. ECPs protease의 상대 분자량 측정 = 83
3. 균체 단백질 SDS-PAGE 분석 = 84
Ⅲ. 결과 = 85
1. 분리균의 병원성 = 85
2. 분리균의 독성 = 88
3. 감염 경로와 돌기해삼 사육 단계에 따른 병원성 = 93
4. 물리적 조건에 다른 S. marisflavi의 병원성 = 95
4.1. 염도 = 95
4.2. pH = 96
4.3 온도 = 97
5. S. marisflavi의 감염 후의 조직내 분포 = 98
6. Shewanella marisflavi의 성장 조건 = 100
6.1. 염분 농도 및 배양 시간 = 100
6.2. 배양 온도 = 101
6.3. pH = 101
6.4. Shewanella marisflavi의 배양 성상 = 103
7. Shewanella marisflavi의 용혈성 = 106
8. 약제감수성 = 107
9. Shewanella marisflavi ECPs의 특성 = 108
9.1. ECPs 생성의 적정 조건 = 108
9.1.1. 염분 농도 = 108
9.2. ECPs Proteolytic activity = 110
9.3. 열 안정성 = 111
9.4. ECPs의 독성 = 112
9.4.1.실험쥐에 대한 ECPs의 독성 = 112
9.4.2. 돌기해삼에 대한 ECPs의 독성 = 114
10. SDS-PAGE = 114
10.1. S. marisflavi 균체의 protein pattern = 114
10.2. ECPs의 protein pattern = 116
Ⅳ. 고찰 = 117
Ⅴ. 요약 = 123
제3장 돌기해삼, Apostichopus japonicus의 면역 기구와 병원성 세균 = 125
Ⅰ. 서론 = 125
Ⅱ. 재료 및 방법 = 127
1. 체강세포의 분류 = 127
1.1. 시험용 돌기해삼 = 127
1.2. 세포 관찰과 계수 = 127
2. 체강세포의 식작용 = 129
2.1. 식작용 시험 = 129
2.2. 온도가 식작용에 미치는 영향 = 130
2.3. 온도가 세포응집능에 미치는 영향 = 130
3. 돌기해삼 면역관련효소 측정 = 130
3.1. 시료 채취 = 130
3.2. 샘플의 제작 = 131
3.3. 면역관련효소의 측정 방법 = 131
3.4. 통계 분석 = 132
4. 돌기해삼 체강세포와 조직 enzyme의 조직화학적 반응 = 132
4.1. 돌기해삼 체강세포 enzyme의 조직화학적 반응 시험 = 132
4.2. 돌기해삼 조직 enzyme의 조직화학적 반응 시험 = 133
5. 세균감염이 돌기해삼의 비특이적 면역능에 미치는 영향 = 133
5.1. Sample의 조작 = 133
5.2. 체강세포 수 = 133
5.3. 면역 효소의 변화 = 134
Ⅲ. 결과 = 134
1. 돌기해삼 체강세포와 혈액세포의 유형 = 134
2. 체강세포의 수와 세포 조성 변화 = 138
3. 체강세포의 식작용 = 143
4. 체강세포의 식작용에 미치는 온도의 영향 = 148
5. 체강세포의 응집 작용 = 151
6. 돌기해삼 조직내 면역관련효소의 활성 = 153
7. 돌기해삼 각 조직내 면역관련효소 활성의 연간 변화 = 155
8. 돌기해삼 체강세포의 효소화학적 특성 = 160
9. 돌기해삼 각 조직의 효소조직화학적 특성 = 162
10. S. marisflavi 인위 감염 후 돌기해삼 체강세포의 수적 변화 = 166
10.1. 대조구 돌기해삼의 체강세포의 수적 변화 = 166
10.2. S. marisflavi 감염구 돌기해삼의 체강세포의 수적 변화 = 166
10.3. AP612 균주 감염구 돌기해삼의 체강세포의 수적 변화 = 172
11. 세균 감염에 따른 돌기해삼 면역관련효소의 변화 = 173
11.1. Antibacterial activity = 173
11.1.1. 체강액 = 173
11.1.2. 체벽 = 173
11.1.3. 근육 = 173
11.2. ALP = 175
11.2.1. 체강액 = 175
11.2.2. 체벽 = 175
11.2.3. 근육 = 175
11.3. ACP = 177
11.3.1. 체강액 = 177
11.3.2. 체벽 = 177
11.3.3. 근육 = 177
11.4. SOD = 179
11.4.1. 체강액 = 179
11.4.2 체벽 = 179
11.4.3 근육 = 179
Ⅳ. 고찰 = 181
1. 돌기해삼 체강세포 분류와 세포 계수 = 181
2. 돌기해삼 체강세포의 식작용과 응집 반응 = 184
3. 돌기해삼 조직 중 면역관련효소의 활성 = 186
4. 돌기해삼 조직에서의 면역관련효소 활성의 연간 변화 = 187
5. 돌기해삼 각 조직 중 면역관련효소의 분포 = 189
6. S. marisflavi가 돌기해삼의 비특이적 면역에 미치는 영향 = 191
Ⅴ. 요약 = 192
종합고찰 = 193
요약 = 200
감사의 글 = 204
참고 문헌 = 207
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