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        現代生物技術在中藥現代化中的應用進展

        [ 更新時間:2008-12-29 ]

        來源:中國論文下載中心    [ 08-10-21 14:00:00 ]    作者:諸葛怡 來奕剛    編輯:studa20中醫藥學是我國在自然科學領域最有特色的學科之一,中藥現代化就是將傳統中醫藥的優勢和特色與現代科學技術相結合,把中藥推向國際化。生物技術作為一種綜合了生命科學與多種現代科學理論與研究手段的高技術,在21世紀將對生命科學的各個領域產生十分深遠的影響。
        1  生物技術在高質量中藥天然藥物原料的研究生產及中藥材資源可持續利用中的應用
        生產具有國際競爭力的現代中藥,其前提是有高質量的中藥原料?,F代中藥必須嚴格保證所用的藥材原料無污染,農藥殘留和重金屬含量在十分安全的范圍內,藥效物質基礎的含量穩定、可靠并有嚴格的質量標準。我國中藥資源達1.2萬余種,這些中藥材中部分涉及到珍稀瀕危物種,因此對珍稀瀕危中藥材的挽救、保護與合理利用迫在眉睫。遷移珍稀瀕危動、植物至飼養地和植物園是保存物種的重要方法,建立相應的基因庫用于保存動植物的基因,考察物種的變異具有重要意義。
        就中藥材栽培而言,GAP的實施已成為業內共識?;蚣夹g在這方面正在逐漸發揮重要作用,如中藥材優良品種選育、道地性藥材遺傳特征分析、抗性基因的轉基因藥用植物等。
        應用RAPD技術對南北蒼術間的差異進行了分析,認為蒼術的道地性是在遺傳和生態兩因素長期復雜作用下形成的遺傳和化學成分有穩定差異的居群[1];李萍等將5srRNA基因間區序列的變異用于對金銀花藥材道地性的分析[2]。有報道用轉基因植物可生產外源基因編碼的產物(如a栝蔞素、干擾素等),隨著表達效率的提高和受體植物范圍的不斷擴大,將有可能在傳統中藥材中加入有用的新遺傳特性,增加植物的抗病能力等,這將為中藥材的綠色栽培奠定良好的基礎[3]。
        2  細胞工程技術為中藥人工資源的開發提供了有效途徑
        作為中藥和天然藥物發揮藥效活性的物質基礎,天然活性成分往往含量很低,而天然野生資源隨著藥物的開發利用儲存量不斷下降,其原料來源能否滿足批量化生產的需求,是所有天然創新藥物開發所面臨的重大難題,也是高水平中藥能否廣泛應用并走向世界的瓶頸。因此,針對特定有效成分或組分生產的中藥人工資源開發生產技術引起了研究者的極大關注。為合理利用其資源,可利用生物技術的方法和手段進行一些珍稀瀕危品種的快速繁殖,研究其在自然或人工控制條件下個體更新的速率及規律等,如石斛試管苗的快速繁殖。
        發酵工程利用生物細胞在人工條件下的快速增殖與次生代謝產物的產生,為人工資源的生產提供了技術平臺。目前,以冬蟲夏草菌發酵生產的菌絲體及產物已形成產業化規模,并有相應的下游產品暢銷。
        以微生物、植物、動物細胞為反應器,進行天然活性物質的生產和加工,也已引起研究者的極大興趣,以此推動的天然產物的生物轉化和生物合成研究與開發,在國內中藥研究和開發中的作用正為更多的研究和生產部門所重視。許建峰[4]等利用高山紅景天培養細胞生物轉化外源酪醇生產紅景天苷。紫杉醇作為一種作用機理獨特的天然抗癌藥物,自發現以來受到了人們的廣泛重視,但其在植物紅豆杉中的含量極低,而紅豆杉生長緩慢,資源匱乏,因此嚴重限制了紫杉醇的進一步開發應用。為此,近年來各國科學家在尋找及擴大紫杉醇的藥源途徑上進行了大量的工作。甘煩遠等對紫杉醇的研究進行了綜述,通過兩篇綜述所反映出的研究內容可以看出為解決紫杉醇的資源問題。全世界的科學家分別從篩選高產紅豆杉栽培品種、微生物生物合成、化學合成、生物合成途徑探索、生物合成關鍵酶的發現及其基因表達等多途徑進行資源研究,而這些研究中生物合成與生物轉化技術起著極為重要的作用。
        3  酶工程是中藥活性成分生產追求的最佳技術手段之一
        就療效確切的單一天然活性成分而言,能夠通過工業化生產獲得天然結構復雜的單一產物是人們追求的目標,但天然化合物結構復雜,常有多個不對稱碳原子,合成難度較大或合成條件苛刻;而酶工程為這類成分的獲得提供了新的途徑。如金東史等利用酶轉化方法將人參中的主要皂苷成分轉化成含量只有十萬分之幾的人參皂苷Rh2,并達到了月產30kg的生產規模[5]。

        4  生物技術為提高中藥品質評價水平提供了新的實驗方法
        中藥材是中藥研究開發的基礎,基礎的質量標準無法控制,以后的研究和開發均屬無本之木,其質量標準的制定也就失去了意義。中藥材的質量控制主要應包括兩個方面的內容,一是品種的控制,主要是解決真偽的問題。其二中藥材的有效物質是次生代謝產物,其積累主要與其合成關鍵酶的表達及表達量等有關。因此建立合理中藥材的生產和質量評價體系將對中藥現代化尤為重要。
        基因分子標記技術在中藥品質評價中的應用,使中藥材鑒定的方法從傳統的形態表征分析推進到對生物遺傳物質的分析。在中藥的分子鑒別研究中目前主要有以下一些方面:(1)基于PCR方法的DNA分子標記技術,如RAPD、AFLP等;(2)基于分子雜交的DNA分子標記技術,如RFLP;(3)基于DNA序列分析的分子標記技術,如DNA直接測序法、PCRRFLP法[6]。利用這些基因鑒別方法對了解和分析藥用動(植)物的遺傳特性、基因與藥材產地、化合物積累的相關性等均具有重要意義。
        5  生物技術為中藥和天然藥物新藥研究與開發提供了新的工具和途徑
        中藥新藥的研發是中藥現代化和國際化的關鍵,要研制符合國際標準規范的現代中藥,應用現代先進的科學技術勢在必行。
        5.1  生物芯片為中藥新藥分子水平的機理研究提供依據:中藥鑒定基因芯片,可以對中藥材的產地、質量進行鑒定;可以搞清楚中藥作用的分子機理,篩選出中藥有效成分。
        5.2  生物轉化及生物組合化學為以天然活性成分為先導化合物發現新藥提供了新的思路與方法:生物轉化技術可以彌補化學合成的不足,1997年Khmelnitsky利用鹽活化生物催化劑脂酶,成功地在有機相中進行了紫杉醇系列衍生物的生物合成。由此可見,生物轉化技術在以天然活性成分為基礎的創新藥物研究與開發中具有重要的意義。
        5.3  生物技術為天然微量活性成分的生產提供了新的技術平臺:中藥中微量高效成分的研制開發一直是困擾醫藥產業界的核心問題,利用定向生物轉化技術可將天然藥物中的高含量成分轉化成微量高活性成分,因此大大提高微量成分的含量,使其達到產業化的要求。如研究發現多種微生物能定向地將含量較高的喜樹堿轉化為10羥基喜樹堿。丁家宜等利用人參毛狀根成功地實現了對羥基苯醌生物合成天然熊果苷。
        5.4  物技術實現天然結構復雜活性化合物的結構修飾:天然活性成分的研發中還有一個難以解決的問題,即天然活性成分常常體內外藥效學活性差異較大,其中一個重要因素是其在體內吸收不好,導致生物利用度太低。利用生物技術實現天然結構復雜活性化合物的結構修飾,對提高這類成分的生物利用度,進而實現產業開發具有重要意義。
        綜上所述,生物技術已經深入中藥研究和開發的各個領域,雖然大多數研究尚處于起步階段,但其影響正在不斷擴大,所顯示出的潛在社會價值和經濟效益也日益得到重視,生物技術將深入到中藥新藥研制的各個環節。正確利用現代生物技術合理地解決中醫藥現代科學研究和產業開發中的重要問題,必將有力地推動我國的中醫藥現代化和國際化進程,為加入WTO后的中國民族產業的國際競爭注入活力。4  生物技術為提高中藥品質評價水平提供了新的實驗方法
        中藥材是中藥研究開發的基礎,基礎的質量標準無法控制,以后的研究和開發均屬無本之木,其質量標準的制定也就失去了意義。中藥材的質量控制主要應包括兩個方面的內容,一是品種的控制,主要是解決真偽的問題。其二中藥材的有效物質是次生代謝產物,其積累主要與其合成關鍵酶的表達及表達量等有關。因此建立合理中藥材的生產和質量評價體系將對中藥現代化尤為重要。
        基因分子標記技術在中藥品質評價中的應用,使中藥材鑒定的方法從傳統的形態表征分析推進到對生物遺傳物質的分析。在中藥的分子鑒別研究中目前主要有以下一些方面:(1)基于PCR方法的DNA分子標記技術,如RAPD、AFLP等;(2)基于分子雜交的DNA分子標記技術,如RFLP;(3)基于DNA序列分析的分子標記技術,如DNA直接測序法、PCRRFLP法[6]。利用這些基因鑒別方法對了解和分析藥用動(植)物的遺傳特性、基因與藥材產地、化合物積累的相關性等均具有重要意義。
        5  生物技術為中藥和天然藥物新藥研究與開發提供了新的工具和途徑
        中藥新藥的研發是中藥現代化和國際化的關鍵,要研制符合國際標準規范的現代中藥,應用現代先進的科學技術勢在必行。
        5.1  生物芯片為中藥新藥分子水平的機理研究提供依據:中藥鑒定基因芯片,可以對中藥材的產地、質量進行鑒定;可以搞清楚中藥作用的分子機理,篩選出中藥有效成分。
        5.2  生物轉化及生物組合化學為以天然活性成分為先導化合物發現新藥提供了新的思路與方法:生物轉化技術可以彌補化學合成的不足,1997年Khmelnitsky利用鹽活化生物催化劑脂酶,成功地在有機相中進行了紫杉醇系列衍生物的生物合成。由此可見,生物轉化技術在以天然活性成分為基礎的創新藥物研究與開發中具有重要的意義。
        5.3  生物技術為天然微量活性成分的生產提供了新的技術平臺:中藥中微量高效成分的研制開發一直是困擾醫藥產業界的核心問題,利用定向生物轉化技術可將天然藥物中的高含量成分轉化成微量高活性成分,因此大大提高微量成分的含量,使其達到產業化的要求。如研究發現多種微生物能定向地將含量較高的喜樹堿轉化為10羥基喜樹堿。丁家宜等利用人參毛狀根成功地實現了對羥基苯醌生物合成天然熊果苷。
        5.4  物技術實現天然結構復雜活性化合物的結構修飾:天然活性成分的研發中還有一個難以解決的問題,即天然活性成分常常體內外藥效學活性差異較大,其中一個重要因素是其在體內吸收不好,導致生物利用度太低。利用生物技術實現天然結構復雜活性化合物的結構修飾,對提高這類成分的生物利用度,進而實現產業開發具有重要意義。
        綜上所述,生物技術已經深入中藥研究和開發的各個領域,雖然大多數研究尚處于起步階段,但其影響正在不斷擴大,所顯示出的潛在社會價值和經濟效益也日益得到重視,生物技術將深入到中藥新藥研制的各個環節。正確利用現代生物技術合理地解決中醫藥現代科學研究和產業開發中的重要問題,必將有力地推動我國的中醫藥現代化和國際化進程,為加入WTO后的中國民族產業的國際競爭注入活力。
        【參考文獻】
           ?。?]郭蘭萍,黃璐琦,王敏等.南北蒼術的RAPD分析及其劃分的初步探討[J].中國中藥雜志,2001,32(9),32(9):834837.

         ?。?]李萍,蔡朝輝,邢俊波.srRNA基因間區序列第變異用于對金銀花藥材道地性研究初探[J].中草藥,2001,32(9):834837.

         ?。?]Kuehne,A.R.,Sugii,N.Transformation of dendrobium orchidusing particle bombardment of protocorms[J].Plant Cell Reports,1992,11(8):484488.

         ?。?]許建峰,蘇志國,馮樸蓀.利用高山紅景天培養細胞生物轉化外源酪醇生產紅景天苷的研究[J].植物學報,1998,40(12):11291135.

         ?。?]金東史,崔允植,魚紅閃,等.酶法制備人參皂甙Rh2的研究[J].大連輕工業學院學報,2001,20(2):99104.

         ?。?]Khmelnitsky Y.L.,Budde C.,Amold J.M.,et al.Synthesis of water soluble paclitaxel derivatives by enzymatic acylation[J].Journal of the American Chemical Society,1997,119(47):1155411555
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