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生物技術在現代中藥研究中的應用
摘要:本文從細胞工程、發酵工程、酶工程、基因工程4個方面對生物技術在中藥研究及應用進行了綜述
關鍵詞:生物技術 中藥
中藥是我國制藥工業的重要組成部分。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，造成全國經常使用的400余種藥材每年有20%的短缺，而且嚴重破壞了生態環境，使人類遭受到巨大的生命財產損失。人工栽培品種又面臨著品質退化、農藥污染和種子帶病等問題，嚴重影響了對藥材品質的保證和控制。使得我國中藥生產加工總體上仍處于與現代科學技術嚴重脫節狀態。因此除了制定有關政策法律保護占我國藥材市場80%供應量的野生資源以外，還必須找到切實可行的新技術途徑徹底改變我國中藥生產的落后面貌。
生物技術是一門應用生物科學研究成果工程手段增加生物制品數量、提高質量，從而滿足人類日益增長需求的技術，它的具體內容包括細胞工程、發酵工程、酶和蛋白質工程、基因工程等4個方面。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新技術，在中藥資源研究領域具有廣闊的應用前景[1，2，9]。
1、細胞工程生產藥材原料或藥用有效成分、部位
植物能生產30000多種化合物，是微生物來源的4倍。有些物質是很難用化學方法合成的，有些很難用微生物生產或增加產量。植物細胞培養不受環境、生態和氣候條件限制，生長比整體植株快，次生代謝物質的含量是自然植株的數倍甚至數千倍，如人參皂苷在組織培養中含量占干重的27%，全株中只有4.5%;紫草素在細胞培養物中占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、紅豆杉等的培養已進行了系統研究，并優化了培養條件。人參細胞培養物的化學成分和藥理活性分析表明與種植人參無明顯差異。
一些植物的細胞培養已達到商業化生產應用，如在日本植物細胞培養反應器的規模已達4000~20000L，美國Phyto公司已達到了75000L紫杉醇的生產規模。除大規模細胞培養之外，毛狀根和不定根組織培養也非常成功。培養的黃芪毛狀根的效價與藥用黃芪類似，丹參毛狀根的培養物含有7種丹參堿，并且能分泌到培養基中。希臘毛地黃細胞在褐藻酸鹽的固定化下培養，可將有毒物質毛地黃苷轉化為地高辛，利用紫草細胞培養技術生產紫草寧等。依據野生新疆雪蓮的抗炎、抗輻射等作用，有人進行了細胞培養物與天然新疆雪蓮抗炎、鎮痛和抗輻射的藥理實驗，表明新疆雪蓮細胞培養物可以成為野生新疆雪蓮的替代品，具有深入開發應用的價值。
另外，細胞培養技術可進行犀角等藥用動物器官的培養，來解決資源短缺的矛盾。采用細胞融合技術可得到有用的新的雜交藥用植物，通過雜交株的培養，可得到集合多種功能的中藥材新品種。
2、發酵工程技術的應用
發酵工程中藥發酵研究始于20世紀80年代，人工條件下利用細胞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技術平臺。水蛭素不與血小板反應，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發酵罐中重組畢赤酵母能夠高密度發酵產生水蛭素，最高總產量1.8g/L，為大規模工業化鋪平了道路。周曉燕等用經選育的豬芩PU-99菌作生產菌株，在1t罐中生產，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炮制手段優越，可較大幅度地改變藥性，提高療效，降低毒副作用，為中藥活性成分結構修飾提供新途徑，產生新藥效，擴大適應癥，保護中藥活性成分免遭破壞，節省藥源。
3、基因工程技術的應用
基因工程 基因工程是利用分子生物學和微生物遺傳學的現代研究方法和手段發展起來的。由于這些領域的迅速發展，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入到蕃茄細胞之后所做的大田試驗的結果向人們表明，轉基因番茄的植株系上蟲害確實得到了有效的控制。我們可將這種基因轉入到藥用植物的植物細胞之中以改造藥用植物的品質。而在實際研究中這些技術的關鍵在于用什么方法將外源基因導入植物的基因組，并得到高效表達，在目前各式各樣的研究方法之中農桿菌做載體將外源基因導入植物基因組的方法比較成熟。
另外，利用轉基因動植物來生產有效成分的研究受到較多重視，某些蛋白質成分難以用細胞培養、發酵培養獲得，用轉基因動植物來作天然的發酵罐可以在自然的狀態下表達出復雜的天然蛋白質。動物飼養或植物栽培比細胞培養、微生物發醇容易得多，動植物體就象天然的發酵罐，且可以傳代。
基因水平研究中藥的作用機理，還可以利用基因工程技術以DNA為標志物進行新藥的檢測。
4、酶工程技術的應用
藥用植物的有效成分大多是屬于植物次生代謝產物。植物的次生代謝非常復雜，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的酶類。用改變次生代謝關鍵酶的基因來調控次生代謝物的產生是較理想的途徑，這方面的研究已有報道。Hashimoto等以發根農桿菌介導，用花椰菜花葉病毒35s為啟動子改造Ri質粒，將天仙子羥化酶導入富含莨菪堿的顛茄中，并在卡那酶素培養基上篩選出抗卡那酶素毛狀根。在轉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根農桿菌誘導毛狀根含量高，東莨菪堿的含量也提高了5倍。此項研究結果表明，利用次生代謝物生物合成途徑中某些關鍵酶基因的轉化，來生產次生代謝物是可能的。
另外中藥經口服后其中有些成分是經過體內酶的作用才轉化為有用化合物，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理。
5、結語
綜上所述，生物技術應用于中藥生產，不僅可以保護和增殖珍稀瀕危傳統藥材，大量生產高品質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質量穩定，闡明藥效物質基礎。生物技術在中藥領域日益廣泛而卓有成效的應用，對促進我國中藥現代化，促進我國中藥進入國際市場，將起著不可替代的重要作用。
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(上接第132頁)
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