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【學術】中草藥生物技術的應用

* : * : admin * : 2017-08-16 * : 195

(作者不詳)

中草藥生物技術

簡單來說就是一門中草藥的應用生物的科學,即利用生物學原理,在中草藥之上生產實用產品的一項技術,是現代生物技術在中醫藥領域的應用。中草藥生物技術,是一門現代的前沿的技術,對促進了中醫藥工業的飛速發展,中醫藥的現代化極為重要的意義。

中草藥生物技術,主要體現在4個方面:

是利用基因工程、細胞工程技術對中草藥資源的改造與改良;

是利用發酵工程、酶工程技術將農副(藥用植物)原材料加工成商品,如用發酵法生產的蟲草菌絲體、靈芝菌絲體等發酵製品;

是利用生物技術產品進行二次開發,形成新的產品,如許多功能性的低聚糖、保健食品添加劑等;

是利用酶工藝、發酵技術、生物反應器等對傳統中草藥加工工藝進行改造,降低能耗,提高產率,改善中草藥品質等。

1 生物技術在高品質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,其前提是有高品質的中藥原料。現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範圍內,藥效物質基礎的含量穩定、可靠並有嚴格的品質標準。

  我國中藥資源達1.2萬餘種,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於保存動植物的基因,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。基因技術在這方面正在逐漸發揮重要作用,如中藥材優良品種選育、道地性藥材遺傳特徵分析、抗性基因的轉基因藥用植物等。


改良品種金銀花

 

2 細胞工程技術為中藥人工資源的開發提供了有效途徑

  細胞工程是利用細胞生物學技術和分子生物學的理論和方法,按照人們的設計藍圖,進行在細胞水準的遺傳操作及進行大規模的細胞和組織培養。通過細胞可以生產有用的生物產品和培養有價值的植株,並可以生產新的物種或品系。[4]

  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,也是高水準中藥能否廣泛應用並走向世界的瓶頸。

  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貴瀕危品種的快速繁殖,研究其在人工或自然控制條件下個體更新的速率及規律等。目前已經有100多種藥用植物經過離體培養獲得試管植株。

  [5]美國國立癌症研究所授權百時美施貴寶公司解決紫杉醇藥源問題,由紅豆杉可再生的枝葉中提取;由提取的紫衫烯半合成紫杉醇[6]由植物組織培養獲得。[7]


人工培育紅豆杉

 

  利用植物組織培養技術將植物的分生組織進行離體培養,建立無性繁殖系並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,並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,但其在植韌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。

        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。[8]


藥用真菌菌絲體培育

 

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複雜的單一產物是人們追求的目標,但天然化合物結構複雜,常有多個不對稱碳原子,合成難度較大或合成條件苛刻:[9]而酶工程為這類成分的獲得提供了新的途徑。[10]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,並達到了月產30kg的生產規模[11]

4 生物技術為提高中藥品質評價水準提供了新的實驗方法

  中藥材是中藥研究開發的基礎,基礎的品質標準無法控制,以後的研究和開發均屬無本之木,其品質標準的制定也就失去了意義。中藥材的品質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品質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徵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)基於PCR方法的DNA分子標記技術,如RAPDAFLP等:(2)基於分子雜交的DNA分子標記技術,如RFLP(3)基於DNA序列分析的分子標記技術,如DNA直接測序法、PCR RFLP[12]。利用這些基因鑒別方法對瞭解和分析藥用動(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,要研製符合國際標準規範的現代中藥,應用現伐先進的科學技術勢在必行。

  生物晶片為中藥新藥分子水準的機理研究提供依據:中藥鑒定基因晶片,可以對中藥材的產地、品質進行鑒定;可以搞清楚中藥作用的分子機理,篩選出中藥有效成分。

  生物轉化及生物組合化學為以天然活性成分為先導化台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,1997Khmelnitskv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。

  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於起步階段,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製的各個環節。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後的中國民族產業的國際競爭注入活力。

    中草藥產業是我國效益較好的行業,有強化免疫機能的中草藥,在全球是—新興市場,如何持續開發藥用或健康性中草藥食品,並進軍國際市場,為當前中草藥企業的—大課題。

【參考文獻】

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[2]李萍,蔡朝輝,邢俊波.s  rRA基因間區亭列第變異用於對金銀花藥材道地性研究初探[J].中草藥,200 132(9)834 837

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[4]張學軍,何春水,陸洪光,等皮膚性病學:[M]北京:人民衛生出版社,2008,第7版:1 41

[5]許鐵峰,張漢明,張磊等生物技術在中藥材品質改良、保護和鑒定等方面的應用:[J].中國藥學雜誌,200338(3)66

[6]Baloglu  E,Kingston  D  G.A  new  semjisvnethesis  of  paclit axel  frombac catin III[J]JNat  Prod.,1999 (62)1 0嚏植物組織培養獲得:

[7]葉和春,李國風:獲取植物次生代謝產物的新途徑:[J].職務雜誌,1998517

[8]許建峰,蘇志國,馮朴蓀,利用高山紅景天培養細咆生物轉化外源酪醇生產紅景天苷的研究[J].植物學報.19983, 40(12)1 1 29  1 135

[9].李寶健主編,面向21世紀生命科學發展前沿,廣東科技出版社,199611月第二版:93-104

[10].郝柏林劉寄星主編,理論物理與生命科學,上海科學技術出版社,199712月第一版:29-58

[11]金東史,崔允植,魚紅閃,等,酶法製備人參皂甙Rh2的研究[J],大連輕工業學院學報,200 120(2)99 1 04

[12]lmnelnitskv  Y.L.,Budde  C.,Amold  J.M.,et  al. Svnthesis  of  wat ersoluble paclitaxel derivatix-es bV enzvmatic ac.vlation[J]. Journal of theAmerican Chemical  Society, 1997, 119(47):11554    1 1 555