一、生物技术在高质量中药天然药物原料的研究生产和中药材资源可持续利用中的应用 生产具有国际竞争力的现代中药,其前提是有高质量的中药原料。现代中药必须严格保证所用的药材原料无污染,农药残留和重金属含量在十分安全的范围内,药效物质基础的含量稳定、可靠并有严格的质量标准。
我国中药资源达1.2万余种,这些中药材中部分涉及珍稀濒危物种,因此对珍稀濒危中药材的挽救、保护与合理利用迫在眉睫。迁移珍稀濒危动、植物至饲养地和植物园是保存物种的重要方法,建立相应的基因库用于保存动植物的基因、考察物种的变异具有重要意义。
就中药材栽培而言,GAP的实施已成为业内共识。基因技术在这方面正在逐渐发挥重要作用,如中药材优良品种选育、道地性药材遗传特征分析、抗性基因的转基因药用植物等。
郭兰萍等应用RAPD技术对南北苍术间的差异进行了分析,认为苍术的道地性是在遗传和生态两因素长期复杂作用下形成的遗传和化学成分有稳定差异的居群;[1]李萍等将5srRNA基因间区序列的变异用于对金银花药材道地性的分析;[2]有报道指出,用转基因植物可生产外源基因编码的产物(如a-栝蒌素、干扰素等),随着表达效率的提高和受体植物范围的不断扩大,将有可能在传统中药材中加入有用的新遗传特性,增加植物的抗病能力等,这将为中药材的绿色栽培奠定良好的基础。
二、细胞工程技术为中药人工资源的开发提供了有效途径
作为中药和天然药物发挥药效活性的物质基础,天然活性成分往往含量很低,而天然野生资源随着药物的开发利用储存量不断下降,其原料来源能否满足批量化生产的需求,是所有天然创新药物开发所面临的重大难题,也是高水平中药能否广泛应用并走向世界的瓶颈。因此,针对特定有效成分或组分生产的中药人工资源开发生产技术引起了研究者的极大关注。为合理利用其资源,我们可利用生物技术的方法和手段进行一些珍稀濒危品种的快速繁殖,研究其在自然或人工控制条件下个体更新的速率与规律等,如石斛试管苗的快速繁殖。
发酵工程利用生物细胞在人工条件下的快速增殖与次生代谢产物的产生,为人工资源的生产提供了技术平台。目前,以冬虫夏草菌发酵生产的菌丝体及产物已形成产业化规模,并有相应的下游产品畅销。
以微生物、植物、动物细胞为反应器,进行天然活性物质的生产和加工,也已引起研究者的极大兴趣,以此推动天然产物的生物转化和生物合成研究与开发,在国内中药研究和开发中的作用正为更多的研究和生产部门所重视。
许建峰等利用高山红景天培养细胞生物转化外源酪醇生产红景天苷。[4]紫杉醇作为一种作用机理独特的天然抗癌药物,自发现以来受到了人们的广泛重视,但其在植物红豆杉中的含量极低,而红豆杉生长缓慢,资源匮乏,因此严重限制了紫杉醇的进一步开发应用。为此,近年来各国科学家在寻找与扩大紫杉醇的药源途径上进行了大量的工作。
三、酶工程是中药活性成分生产追求的最佳技术手段之一
就疗效确切的单一天然活性成分而言,能够通过工业化生产获得天然结构复杂的单一产物是人们追求的目标,但天然化合物结构复杂,常有多个不对称碳原子,合成难度较大或合成条件苛刻。而酶工程为这类成分的获得提供了新的途径。如金东史等利用酶转化方法将人参中的主要皂苷成分转化成含量只有十万分之几的人参皂苷Rh2,并达到了月产30kg的生产规模[5]。
四、生物技术为提高中药品质评价水平提供了新的实验方法
中药材的质量控制主要应包括两个方面的内容,一是品种的控制,主要是解决真伪的问题。二是中药材的有效物质是次生代谢产物,其积累主要与其合成关键酶的表达和表达量等有关。基因分子标记技术在中药品质评价中的应用,使中药材鉴定的方法从传统的形态表征分析推进到对生物遗传物质的分析。
在中药的分子鉴别研究中目前主要有以下一些方面:
1.基于PCR方法的DNA分子标记技术,如RAPD、AFLP等;
2.基于分子杂交的DNA分子标记技术,如RFLP;
3.基于DNA序列分析的分子标记技术,如DNA直接测序法、PCR?鄄RFLP法。
利用这些基因鉴别方法对了解和分析药用动(植)物的遗传特性、基因与药材产地、化合物积累的相关性等均具有重要意义。
五、生物技术为中药和天然药物新药研究与开发提供了新的工具和途径
中药新药的研发是中药现代化和国际化的关键,我们要研制符合国际标准规范的现代中药,应用现代先进的科学技术势在必行。
1.生物芯片为中药新药分子水平的机理研究提供了依据。
中药鉴定基因芯片可以对中药材的产地、质量进行鉴定;可以搞清楚中药作用的分子机理,筛选出中药有效成分。
2.生物转化及生物组合化学为以天然活性成分为先导化合物发现新药提供了新的思路与方法。
生物转化技术可以弥补化学合成的不足,1997年Khmelnitsky利用盐活化生物催化剂脂酶,成功地在有机相中进行了紫杉醇系列衍生物的生物合成。由此可见,生物转化技术在以天然活性成分为基础的创新药物研究与开发中具有重要的意义。
3.生物技术为天然微量活性成分的生产提供了新的技术平台。
中药中微量高效成分的研制开发一直是困扰医药产业界的核心问题,利用定向生物转化技术可将天然药物中的高含量成分转化成微量高活性成分,从而大大提高微量成分的含量,使其达到产业化的要求。如研究发现多种微生物能定向地将含量较高的喜树碱转化为10-羟基喜树碱。丁家宜等利用人参毛状根成功地实现了对羟基苯醌生物合成天然熊果苷。
4.生物技术实现天然结构复杂活性化合物的结构修饰。
天然活性成分的研发中还有一个难以解决的问题,即天然活性成分常常和体内外药效学活性差异较大,其中一个重要因素是其在体内吸收不好,导致生物利用度太低。利用生物技术实现天然结构复杂活性化合物的结构修饰,对提高这类成分的生物利用度,进而实现产业开发具有重要意义。
参考文献:
[1]郭兰萍,黄璐琦,王敏等.南北苍术的RAPD分析及其划分的初步探讨[J].中国中药杂志,2001,32,(9):834.
[2]李萍,蔡朝辉,邢俊波.5 srRNA基因间区序列第变异用于对金银花药材道地性研究初探[J].中草药,2001,32,(9):834-837.
[3]Kuehne,A.R.,Sugii,N.Transformation of dendrobium orchidusing particle bombardment of protocorms[J].Plant Cell Reports,1992,11,(8):484-488.
[4]许建峰,苏志国,冯朴荪.利用高山红景天培养细胞生物转化外源酪醇生产红景天苷的研究[J].植物学报,1998,40,(12):1129-1135.
[5]金东史,崔允植,鱼红闪等.酶法制备人参皂甙Rh2的研究[J].大连轻工业学院学报,2001,20,(2):99-104.