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生物技術(shù)在現(xiàn)代中藥研究中的應(yīng)用
摘要:本文從細(xì)胞工程、發(fā)酵工程、酶工程、基因工程4個(gè)方面對生物技術(shù)在中藥研究及應(yīng)用進(jìn)行了綜述
關(guān)鍵詞:生物技術(shù) 中藥
中藥是我國制藥工業(yè)的重要組成部分。我國擁有世界上最豐富的天然藥用資源。我國現(xiàn)有中藥資源12807種。近年來，隨著盲目挖掘捕獵，不僅使野生資源日益減少，造成全國經(jīng)常使用的400余種藥材每年有20%的短缺，而且嚴(yán)重破壞了生態(tài)環(huán)境，使人類遭受到巨大的生命財(cái)產(chǎn)損失。人工栽培品種又面臨著品質(zhì)退化、農(nóng)藥污染和種子帶病等問題，嚴(yán)重影響了對藥材品質(zhì)的保證和控制。使得我國中藥生產(chǎn)加工總體上仍處于與現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)嚴(yán)重脫節(jié)狀態(tài)。因此除了制定有關(guān)政策法律保護(hù)占我國藥材市場80%供應(yīng)量的野生資源以外，還必須找到切實(shí)可行的新技術(shù)途徑徹底改變我國中藥生產(chǎn)的落后面貌。
生物技術(shù)是一門應(yīng)用生物科學(xué)研究成果工程手段增加生物制品數(shù)量、提高質(zhì)量，從而滿足人類日益增長需求的技術(shù)，它的具體內(nèi)容包括細(xì)胞工程、發(fā)酵工程、酶和蛋白質(zhì)工程、基因工程等4個(gè)方面。生物技術(shù)作為一種綜合了生命科學(xué)與多種現(xiàn)代科學(xué)理論與研究手段的高新技術(shù)，在中藥資源研究領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景[1，2，9]。
1、細(xì)胞工程生產(chǎn)藥材原料或藥用有效成分、部位
植物能生產(chǎn)30000多種化合物，是微生物來源的4倍。有些物質(zhì)是很難用化學(xué)方法合成的，有些很難用微生物生產(chǎn)或增加產(chǎn)量。植物細(xì)胞培養(yǎng)不受環(huán)境、生態(tài)和氣候條件限制，生長比整體植株快，次生代謝物質(zhì)的含量是自然植株的數(shù)倍甚至數(shù)千倍，如人參皂苷在組織培養(yǎng)中含量占干重的27%，全株中只有4.5%;紫草素在細(xì)胞培養(yǎng)物中占12%，而全株只有1.5%。藥用植物三七、人參、雪蓮、銀杏、紫草、洋地黃、長春花、丹參、紅豆杉等的培養(yǎng)已進(jìn)行了系統(tǒng)研究，并優(yōu)化了培養(yǎng)條件。人參細(xì)胞培養(yǎng)物的化學(xué)成分和藥理活性分析表明與種植人參無明顯差異。
一些植物的細(xì)胞培養(yǎng)已達(dá)到商業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)用，如在日本植物細(xì)胞培養(yǎng)反應(yīng)器的規(guī)模已達(dá)4000~20000L，美國Phyto公司已達(dá)到了75000L紫杉醇的生產(chǎn)規(guī)模。除大規(guī)模細(xì)胞培養(yǎng)之外，毛狀根和不定根組織培養(yǎng)也非常成功。培養(yǎng)的黃芪毛狀根的效價(jià)與藥用黃芪類似，丹參毛狀根的培養(yǎng)物含有7種丹參堿，并且能分泌到培養(yǎng)基中。希臘毛地黃細(xì)胞在褐藻酸鹽的固定化下培養(yǎng)，可將有毒物質(zhì)毛地黃苷轉(zhuǎn)化為地高辛，利用紫草細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)生產(chǎn)紫草寧等。依據(jù)野生新疆雪蓮的抗炎、抗輻射等作用，有人進(jìn)行了細(xì)胞培養(yǎng)物與天然新疆雪蓮抗炎、鎮(zhèn)痛和抗輻射的藥理實(shí)驗(yàn)，表明新疆雪蓮細(xì)胞培養(yǎng)物可以成為野生新疆雪蓮的替代品，具有深入開發(fā)應(yīng)用的價(jià)值。
另外，細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)可進(jìn)行犀角等藥用動物器官的培養(yǎng)，來解決資源短缺的矛盾。采用細(xì)胞融合技術(shù)可得到有用的新的雜交藥用植物，通過雜交株的培養(yǎng)，可得到集合多種功能的中藥材新品種。
2、發(fā)酵工程技術(shù)的應(yīng)用
發(fā)酵工程中藥發(fā)酵研究始于20世紀(jì)80年代，人工條件下利用細(xì)胞的快速增殖與次生代謝產(chǎn)物的產(chǎn)生，為人工資源的生產(chǎn)提供技術(shù)平臺。水蛭素不與血小板反應(yīng)，在治療血小板減少癥(HIT)方面具有其它抗凝藥物無法比擬的效果。在5L發(fā)酵罐中重組畢赤酵母能夠高密度發(fā)酵產(chǎn)生水蛭素，最高總產(chǎn)量1.8g/L，為大規(guī)模工業(yè)化鋪平了道路。周曉燕等用經(jīng)選育的豬芩PU-99菌作生產(chǎn)菌株，在1t罐中生產(chǎn)，菌絲體干重2.3%，含粗多糖31%。利用微生物生長代謝來炮制中藥，比一般的物理或化學(xué)炮制手段優(yōu)越，可較大幅度地改變藥性，提高療效，降低毒副作用，為中藥活性成分結(jié)構(gòu)修飾提供新途徑，產(chǎn)生新藥效，擴(kuò)大適應(yīng)癥，保護(hù)中藥活性成分免遭破壞，節(jié)省藥源。
3、基因工程技術(shù)的應(yīng)用
基因工程 基因工程是利用分子生物學(xué)和微生物遺傳學(xué)的現(xiàn)代研究方法和手段發(fā)展起來的。由于這些領(lǐng)域的迅速發(fā)展，如今已有可能人工定向改變藥用植物的遺傳性狀，培育出一些具有抗病、抗蟲、抗除草劑等藥用植物新品種。如在抗蟲害研究方面Delannay等用HD-1菌株的毒蛋白基因轉(zhuǎn)入到蕃茄細(xì)胞之后所做的大田試驗(yàn)的結(jié)果向人們表明，轉(zhuǎn)基因番茄的植株系上蟲害確實(shí)得到了有效的控制。我們可將這種基因轉(zhuǎn)入到藥用植物的植物細(xì)胞之中以改造藥用植物的品質(zhì)。而在實(shí)際研究中這些技術(shù)的關(guān)鍵在于用什么方法將外源基因?qū)胫参锏幕蚪M，并得到高效表達(dá)，在目前各式各樣的研究方法之中農(nóng)桿菌做載體將外源基因?qū)胫参锘蚪M的方法比較成熟。
另外，利用轉(zhuǎn)基因動植物來生產(chǎn)有效成分的研究受到較多重視，某些蛋白質(zhì)成分難以用細(xì)胞培養(yǎng)、發(fā)酵培養(yǎng)獲得，用轉(zhuǎn)基因動植物來作天然的發(fā)酵罐可以在自然的狀態(tài)下表達(dá)出復(fù)雜的天然蛋白質(zhì)。動物飼養(yǎng)或植物栽培比細(xì)胞培養(yǎng)、微生物發(fā)醇容易得多，動植物體就象天然的發(fā)酵罐，且可以傳代。
基因水平研究中藥的作用機(jī)理，還可以利用基因工程技術(shù)以DNA為標(biāo)志物進(jìn)行新藥的檢測。
4、酶工程技術(shù)的應(yīng)用
藥用植物的有效成分大多是屬于植物次生代謝產(chǎn)物。植物的次生代謝非常復(fù)雜，是由不同的代謝途徑，分許多步在不同的酶類參與下完成的。次生代謝調(diào)控的研究，首先必須明確某一化合物的生物合成途徑及其有關(guān)的酶類。用改變次生代謝關(guān)鍵酶的基因來調(diào)控次生代謝物的產(chǎn)生是較理想的途徑，這方面的研究已有報(bào)道。Hashimoto等以發(fā)根農(nóng)桿菌介導(dǎo)，用花椰菜花葉病毒35s為啟動子改造Ri質(zhì)粒，將天仙子羥化酶導(dǎo)入富含莨菪堿的顛茄中，并在卡那酶素培養(yǎng)基上篩選出抗卡那酶素毛狀根。在轉(zhuǎn)化后的顛茄毛狀根中羥化酶活性增高，6β-羥基莨菪堿較用野生型發(fā)根農(nóng)桿菌誘導(dǎo)毛狀根含量高，東莨菪堿的含量也提高了5倍。此項(xiàng)研究結(jié)果表明，利用次生代謝物生物合成途徑中某些關(guān)鍵酶基因的轉(zhuǎn)化，來生產(chǎn)次生代謝物是可能的。
另外中藥經(jīng)口服后其中有些成分是經(jīng)過體內(nèi)酶的作用才轉(zhuǎn)化為有用化合物，因此通過研究生物體的酶的作用可以解釋某些中藥的作用機(jī)理。
5、結(jié)語
綜上所述，生物技術(shù)應(yīng)用于中藥生產(chǎn)，不僅可以保護(hù)和增殖珍稀瀕危傳統(tǒng)藥材，大量生產(chǎn)高品質(zhì)的地道藥材和藥用活性成分，提高藥材活性成分的含量，而且還可以使藥材和藥品生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定，闡明藥效物質(zhì)基礎(chǔ)。生物技術(shù)在中藥領(lǐng)域日益廣泛而卓有成效的應(yīng)用，對促進(jìn)我國中藥現(xiàn)代化，促進(jìn)我國中藥進(jìn)入國際市場，將起著不可替代的重要作用。
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