生物技术对中药现代化的影响.doc

生物技术对中药现代化的影响摘 要：生物技术已经深入中药研究和开发的各个领域，在高质量中药天然药物原料的研究生产及中药材资源可持续利用中发挥着极大的作用。中药材引进和导入当今高科技的生物工程技术势必引起中药材研究和发展的一场变革。它将促使整个中药传统研究开发利用上发生一个新的突破，产生一个新的飞跃。关键词：生物技术；中药现代化；影响；综述Abstract：Biotechnology has an in-depth study of traditional Chinese medicine and development of all fields of medicine in high-quality raw materials, natural medicine research and production of herbal medicines sustainable use of resources plays a great role. Chinese herbal medicines imported into todays high-tech and bio-engineering technology is bound to rise to Chinese herbal medicine research and development of a revolution. It will promote the whole of traditional Chinese medicine research and development took place on the use of a new breakthrough in a new leap forward.Key words：biotechnology; modernization of traditional chinese medicine; influence; summary 目 录1生物技术在中药材资源保存和生产中的应用11.1 生物技术在中药材资源可持续利用中的应用11.2 生物技术在中药天然原料研究及生产中的应用12细胞工程技术为中药资源开发提供了有效途径33发酵工程技术已见成效34我国生物化工的发展现状及建议45生物技术为中药新药的研究与开发提供了新的工具和途径4 5.1 生物芯片为中药新药分子水平的机理研究提供依据4 5.2 生物转化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45.3 生物技术为天然微量活性成分的生产提供新的技术平台45.4 酶工程是中药活性成分生产追求的最佳技术手段之一56 小结与讨论77 参考文献78 / 11生物技术对中药现代化的影响摘要：生物技术已经深入中药研究和开发的各个领域，在高质量中药天然药物原料的研究生产及中药材资源可持续利用中发挥着极大的作用。中药材引进和导入当今高科技的生物技术势必引起中药材研究和发展的一场变革。它将促使整个中药传统研究开发利用上发生一个新的突破，产生一个新的飞跃。关键词：生物技术；中药现代化；影响；综述中医药学是我国在自然科学领域最有特色的学科之一，中药现代化就是将传统中医药的优势和特色与现代科学技术相结合，把中药推向国际化。生物技术作为一种综合了生命科学与多种现代科学理论与研究手段的高技术，在21世纪将对生命科学的各个领域产生十分深远的影响。1 生物技术在中药材资源可持续利用及高质量中药材中的应用 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。而实现一些珍贵中药资源的可持续利用也具有重要的意义。 1.1 生物技术在中药材资源可持续利用中的应用我国中药资源达1.2万余种，品种之多为世界上罕见。随着自然的变革、社会的发展，天地间自生自灭的中药材物种有的已经灭绝，有的面临濒危，针对中药材发展受阻的现状，若能充分利用当今一切高科技手段，致力于中药材发展的研究，特别是引进利用生物工程技术是一条有效的途径。生物工程技术不仅可以研究一些濒危紧缺中药资源的活性成分、生长规律和生产特征以及对其保存的方法，通过这些研究来保护濒危紧缺的中药资源。也可利用生物技术进行离体培养繁殖，这不仅可以保护濒危药物，且对有效成分明确的各种中药均可以进行有效成分的生物工程生产，以解决濒危物种导致短缺中药原料的资源压力，使之进入可以持续利用的发展阶段。 1.2 生物技术在高质量中药生产中的应用利用现代生物技术，首先能解决的是中药天然资源不足及栽培周期长、效益差的缺点。据统计，民间应用的草药几乎百分之百是野生。目前全世界的植被正以惊人的速度在改变或遭到破坏，已有50006000种植物受到威胁，而我国现有5000个品种处于濒危状态，一些物种已经绝迹。药用资源的保护和可持续利用问题已到了迫在眉睫的程度。那么加速培养中药现代化高科技人才，采用现代生物技术来快繁濒危药物资源也已成为当务之急。其方法措施有：一是植物非试管快繁技术。据报道，宁夏某生物工程所已对160余种经济作物取得快繁成功，克服了试管快繁和常规育苗技术的缺点。二是生物个体扩增和大规模培养(细胞及组织培养)。可利用组织培养植株，又可利用细胞大规模培养生产药用植物次生代谢物或生物转化物。目前均成功地进行了人参、三七、西洋参、当归、青篙、紫背天葵等植物细胞的培养研究工作。该方法的优点是显而易见的：省种、省时、不受外界环境影响、无病虫害、可得到产率高、产量质量可靠可控的优质中药原料。例如洋地黄强心苷是一类重要的强心药物，大多是从紫花洋地黄和毛花洋地黄两种植物中提取得到。但所获得的这些多种甾心强心，绝大部分为C12位上没经基的A苷，属无效且有毒性，只有C12位羟基化的C苷才有药用价值。故若将A苷C12位上选择性地经基化则可充分利用植物资源生产这种药物，但化学方法难以实现这一过程，因而利用组织等生物技术从培养细胞中选择能进行C12位上经基化的细胞系进行生物转化就成为唯一的途径。我国工程院院士、上海医科大学的胡之壁教授在德国Tubingen大学成功地进行了毛地黄培养细胞的生物转化即筛选出细胞系GPR2能将洋地黄毒苦全部转化成具高度活性有效成分的洋地黄苷。又如丹参药材对心血管疾病有较好的疗效，但其原植物中丹参酮的含量较低。现我国利用生物工程手段建立丹参酮的细胞培养系统，发现丹参培养物具有丹参酮和隐丹参酮的合成能力，来源于组培根的愈伤组织的隐丹参酮的含量为原植物的68倍。这充分展示了生物工程生产特效药物的光辉前景。其次是转基因工程的应用。转基因药会产生巨大的社会和经济效益，同时它也是中药生产的一场革命。利用DNA重组定向改造生物，一是有关代谢途径的基因工程研究；二是利用有关转基因植物反应器构建的研究，利用转基因生物作为反应器生产外源基因编码的产物。目前已经生产出了含乙肝疫苗的“药用土豆”、“香蕉疫苗”以及能分泌含某种药用蛋白乳的山羊等，使得原来原料来源困难、生产技术复杂、治疗成本昂贵的有效药物的生产变得简单、使用方便、价格低廉、能普遍推广使用的程度。第三是分子水平上的中药质量控制。由于中药成分复杂，来源不一，中药制剂药味多，工艺各异。，造成质量难以控制。这是制约中药走出国门的关键原因。自八十年代后发展起来的分子分类学，将生物性状从表征扩展到生物信息大分子，利用DNA、RAN、蛋白质三级信息物质，反映遗传密码传递顺序。这是物种特征的根本所在，也是中药最有价值的分类鉴定指标。另一方面利用DNA分子标记技术对中药进行质量分析和品质评价具有传统中药检测方法无法比拟的优点。目前该技术主要有两种：分子杂交和PCR扩增技术。据报道，广东某大学利用该技术已建立了冬虫夏草DNA鉴别方法，可以说准确无误。有专家预测不久将来DNA标记技术将会成为继光谱色谱后在质量标准研究领域内又一重要的常规技术方法。2细胞工程技术为中药资源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，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及规律等，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，以此推动的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。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及扩大紫杉醇的药源途径上进行了大量的工作。甘烦远等对紫杉醇的研究进行了综述，通过两篇综述所反映出的研究内容可以看出为解决紫杉醇的资源问题。全世界的科学家分别从筛选高产红豆杉栽培品种、微生物生物合成、化学合成、生物合成途径探索、生物合成关键酶的发现及其基因表达等多途径进行资源研究，而这些研究中生物合成与生物转化技术起着极为重要的作用。3发酵工程技术已见成效 据估计，全球发酵产品市场有120130亿美元，其中抗生素占46，氨基酸占16.3，有机酸占132，酶占10，其它占145。发酵产品市场增大与发酵技术的进步分不开。现代生物技术的进展推动了发酵工业的发展，发酵工业的收率和纯度都比过去有了极大的提高。目前世界最大的串联发酵装置已达75 m许多公司对发酵工艺进行了调整，从而降低了生产成本。如ADM（Archer Danie1s Mid1and）和Cargill公司在20世纪90年代初对其发酵装置进行改造，将以碳水化合物为原料的生产工艺改为以玉米粉为原料，从而降低了生产成本，ADM公司生产的赖氨酸成本比原先降低了一半。 4我国生物化工的发展现状及建议4.1发展现状我国生物化工行业经过长期发展，已有一定基础。特别是改革开放以后，生物化工的发展进入了一个崭新的阶段。目前生物化工产品也涉及医药、保健、农药、食品与饲料、有机酸等各个方面。4.2建议4.2.1是扩大经济规模，提高竞争力要鼓励建设大型的生物化工企业集团公司，使之集科研、开发、生产、销售干一体。尤其要培育一批科技创新型企业。同时，也要鼓励在某些方面有一定特色的小型技术创新型生化公司的发展，并淘汰一批生产规模小、生产技术落后、没有市场竞争力的企业，从整体上优化我国生物化工的产业结构。4.2.2是调整产品结构要发展高档产品，如高档医药生化产品、功能性食品及添加剂（主要有低热值、低胆固醇、低脂肪、提高免疫功能、抗炎、抗癌等产品）、生化催化剂等。另外，也应发展众多精细化工产品及用化学法无法生产或很难生产的产品，如微生物多糖、生物色素、工业酶制剂、甜味剂、表面活性剂、高分子材料等。4.2.3是节约有限资源，强化环境保护在生化生产组学（genomics）。近年来又在信息学（informatics）的基础上建立了生物信息学（bioinformatics）。信息学的内容包括信息科学十生物技术十生物工程十生物动力学等的综合信息系统。可以预见，基因组学和生物信息学在生物化工中应用的商业前景极为可观。4.2.4是提高生产技术水平，特别是下游技术水平因为我国生物技术上游技术水平与国外相差仅35年，而下游技术水平则比国外相差15年以上，改造传统发酵产品生产技术，不断提高发酵法产品的生产技术水平，开发生物反应器，提高我国生物化工产品分离和提纯技术，大规模开发生物化工装备等应首先提上议事日程。另外，还应积极采用微生物法代替化学法，开发基础化工新产品的工业化生产技术。4.2.5是加强产学研结合，注重上下游结合国内生物化工技术力量分散，为了做到优势互补，应加强产学研结合。另外在生物化工生产过程中遇到的很多问题，都是由于上、下游结合不够紧密而影响技术经济指标。因此，在人力和财力的投入上，应考虑上下游结合，以加快生物化工产业的发展。4.2.6是加强知识产权保护长期以来，我国对生化领域的知识产权保护不够，挫伤了科研开发人员的积极性，造成大量人才外流。加强知识产权保护，不仅能够激励国内科研开发人员，而且能够吸收一大批在国外发展的科研人员回国发展，从而加快我国生物化工产业的发展。5生物技术为中药新药的研究和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，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。5.1生物芯片为中药新药分子水平的机理研究提供依据生物芯片是指能对生物分子进行快速并行处理和分析的固体薄型器件，生物芯片可以应用于中药成分的真伪鉴定、有效成分筛选及药理药效研究。 其中中药鉴定基因芯片，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。5.2生物转化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。5.3 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，因此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。5.4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