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現(xiàn)代生物技術在中藥GAP栽培中的應用
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中藥材引進和導入當今高科技的生物工程技術勢必引起中藥材研究和發(fā)展的一場變革
傳統(tǒng)中藥是我國幾千年來用以治病康復的國寶，品種之多為世界上罕見。隨著自然的變革、社會的發(fā)展，天地間自生自滅的中藥材物種有的已經(jīng)滅絕，有的面臨瀕危，盡管從古到今人們對大量的中藥材進行了人工種植或人工飼養(yǎng)，取得了南藥北種、西藥東移和野生變家養(yǎng)的成績，但鑒于人工栽培飼養(yǎng)中藥材物種退化和面臨瀕危滅絕的棘手問題，長期以來沒有得到解決。針對中藥材發(fā)展受阻的現(xiàn)狀，若能充分利用當今一切高科技手段，致力于中藥材發(fā)展的研究，特別是引進利用生物工程技術是一條有效的途徑。因為中藥材中有不少品種屬于瀕危物種，有動物也有植物，例如著名中成藥犀角丸、虎骨木瓜酒、神犀丹、急救中藥湯劑犀角地黃湯等都因配伍中含有禁用的犀牛物種而不能再繼續(xù)為人們治病服務。對這些物種，生物工程技術可以研究這些瀕危緊缺中藥資源的活性成分、生長規(guī)律和生產(chǎn)特征，再運用生物工程技術開展對其進行保存的研究，從而保護瀕危緊缺的中藥資源。也可利用生物工程技術中基因器官培養(yǎng)技術和細胞培養(yǎng)技術進行離體培養(yǎng)繁殖，這不僅可以保護瀕危藥物，且對有效成分明確的各種中藥均可以進行有效成分的生物工程生產(chǎn)，以解決瀕危物種導致短缺中藥原料的資源壓力，使之進入可以持續(xù)利用的發(fā)展階段。此外，更重要的是可以利用上述研究開發(fā)特殊途徑，開發(fā)新一代的在國際上領先的生物藥品，以滿足人們防病治病康復保健的需要。
我國現(xiàn)在運用的中藥絕大部分為人工栽培的品種，科研和臨床驗證告訴我們，一些人工栽培的中藥材經(jīng)多年繁衍其藥性和有效成分就會發(fā)生變化，如栽培的柴胡、板藍根、三七、首烏、地黃等，因種植地域的不同，其活性成分就大相徑庭，嚴重影響療效，這就是人工栽培中出現(xiàn)的問題。另外在長期的中藥材種植中，難以解決的問題主要有品種種質老化、病毒寄生蔓延、種植費工費時、繁殖系數(shù)低下等。這些問題很難適應當前正在進行的開設生產(chǎn)基地發(fā)展藥材生產(chǎn)的趨勢。如果引進和利用生物工程中的基因工程技術和細胞工程技術，這些懸而不決的難題就可以迎刃而解。其一方面可對藥用植物品種實行遺傳改造，構建新型的抗逆能力強的優(yōu)良品種，以增加產(chǎn)量、提高質量，也可用于加強對中藥高產(chǎn)優(yōu)質、多抗性品種的選擇；另一方面可運用基因工程技術培育出抗病毒、抗蟲害的新型中藥材品種，以減少農藥的施用，進一步杜絕農藥和重金屬的污染，保證中藥使用的安全可靠，促進出口中藥走進國際市場。
生物工程技術是中藥現(xiàn)代化的一大關鍵步驟，是一個尖端技術群。它的發(fā)展和應用將導致醫(yī)藥、農業(yè)、化工等眾多產(chǎn)業(yè)的重大變革，對經(jīng)濟發(fā)展起巨大推動作用，因而被視為21世紀的主導產(chǎn)業(yè)。特別是以基因工程、細胞工程、酶工程、發(fā)酵工程為代表的現(xiàn)代生物技術近20年來發(fā)展迅猛，尤其是近5年，世界生物醫(yī)藥市場規(guī)模的年均增幅超過22％。與傳統(tǒng)制藥相比，生物制藥具有更大規(guī)模生產(chǎn)、利潤高、生產(chǎn)工藝簡單、人力投入少、無污染、生產(chǎn)周期短等優(yōu)點。而且其新藥一旦開發(fā)成功，利潤巨大。專家們認為風險投資下一輪熱點將是生物技術，而且推測利潤率將兩倍于信息產(chǎn)業(yè)。鑒此，我國生物醫(yī)藥的發(fā)展同樣紅火，國內目前已有200多個生物工程制藥企業(yè)和1萬余名科技人員專門從事醫(yī)藥生物技術的研究、開發(fā)和生產(chǎn)。目前已成功生產(chǎn)并上市了12個產(chǎn)品，如抗癌、抗病毒、抗艾滋病的干擾素；防治肝炎的干擾素。類、干擾素Y類、白細胞介素、粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子、表皮生長因子、鏈激酶、乙肝疫苗類；成纖維細胞生長因子、紅細胞生成素、胰島素、粒細胞集落刺激因子和人生長激素等。專家們預測，未來若干年內，若不受資金和人才限制(因國內尚無專門培養(yǎng)生物工程制藥及中藥現(xiàn)代化的院校與專業(yè)，人才奇缺)，我國生物制藥年均增長率將達12％～20％以上，遠高于國內國民生產(chǎn)總值的增長速度。但目前人、財兩方面缺乏的問題都存在。
生物制藥的重點研究方向是基因工程、細胞工程和酶工程。應用現(xiàn)代生物技術改造傳統(tǒng)制藥工業(yè)，推行生物工程制藥是實現(xiàn)中藥現(xiàn)代化的一項有效快速措施。特別是2000年美國總統(tǒng)克林頓在白宮宣布了人類基因組草圖繪制完成，并與此同時參與人類基因組計劃的美國、日本、英國、德國、法國和中國6國科學家，在同一時間向全世界公布了人類基因組遺傳密碼基本破譯，這是人類科學史上的又一里程碑式的創(chuàng)舉，是生命科學的“圣杯”，其偉大意義和重要性不亞于或甚至勝于讓人類登上月球的“阿波羅計劃”，這意味著人類對自身的了解進入了一個新階段。因為人類基因組蘊涵有人類生、老、病死的絕大多數(shù)遺傳信息，讀出它將為疾病的診斷、新藥物的研制和治療法的探索帶來革命性的變革。因而，在此人類生命新征途的大好形勢下組建中藥現(xiàn)代化工程系及其研究開發(fā)中心，為國家培養(yǎng)現(xiàn)代化藥學人才，進而加快我國現(xiàn)代醫(yī)藥科學和經(jīng)濟增長步伐，這是何等地及時重要。
利用現(xiàn)代生物技術，首先能解決的是中藥天然資源不足及栽培周期長、效益差的缺點。據(jù)統(tǒng)計，民間應用的草藥幾乎百分之百是野生。目前全世界的植被正以驚人的速度在改變或遭到破壞，已有5000～6000種植物受到威脅，而我國現(xiàn)有5000個品種處于瀕危狀態(tài)，一些物種已經(jīng)絕跡。藥用資源的保護和可持續(xù)利用問題已到了迫在眉睫的程度。那么加速培養(yǎng)中藥現(xiàn)代化高科技人才，采用現(xiàn)代生物技術來快繁瀕危藥物資源也已成為當務之急。其方法措施有：一是植物非試管快繁技術。據(jù)報道，寧夏某生物工程所已對160余種經(jīng)濟作物取得快繁成功，克服了試管快繁和常規(guī)育苗技術的缺點。二是生物個體擴增和大規(guī)模培養(yǎng)(細胞及組織培養(yǎng))�？衫媒M織培養(yǎng)植株，又可利用細胞大規(guī)模培養(yǎng)生產(chǎn)藥用植物次生代謝物或生物轉化物。目前均成功地進行了人參、三七、西洋參、當歸、青篙、紫背天葵等植物細胞的培養(yǎng)研究工作。該方法的優(yōu)點是顯而易見的：省種、省時、不受外界環(huán)境影響、無病蟲害、可得到產(chǎn)率高、產(chǎn)量質量可靠可控的優(yōu)質中藥原料。例如洋地黃強心苷是一類重要的強心藥物，大多是從紫花洋地黃和毛花洋地黃兩種植物中提取得到。但所獲得的這些多種甾心強心，絕大部分為C－12位上沒經(jīng)基的A苷，屬無效且有毒性，只有C－12位羥基化的C苷才有藥用價值。故若將A苷C－12位上選擇性地經(jīng)基化則可充分利用植物資源生產(chǎn)這種藥物，但化學方法難以實現(xiàn)這一過程，因而利用組織等生物技術從培養(yǎng)細胞中選擇能進行C－12位上經(jīng)基化的細胞系進行生物轉化就成為唯一的途徑。我國工程院院士、上海醫(yī)科大學的胡之壁教授在德國Tubingen大學成功地進行了毛地黃培養(yǎng)細胞的生物轉化——即篩選出細胞系GPR2能將洋地黃毒苦全部轉化成具高度活性有效成分的洋地黃苷。又如丹參藥材對心血管疾病有較好的療效，但其原植物中丹參酮的含量較低。現(xiàn)我國利用生物工程手段建立丹參酮的細胞培養(yǎng)系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)丹參培養(yǎng)物具有丹參酮和隱丹參酮的合成能力，來源于組培根的愈傷組織的隱丹參酮的含量為原植物的6．8倍。這充分展示了生物工程生產(chǎn)特效藥物的光輝前景。
其次是轉基因工程的應用。轉基因藥會產(chǎn)生巨大的社會和經(jīng)濟效益，同時它也是中藥生產(chǎn)的一場革命。利用DNA重組定向改造生物，一是有關代謝途徑的基因工程研究；二是利用有關轉基因植物反應器構建的研究，利用轉基因生物作為反應器生產(chǎn)外源基因編碼的產(chǎn)物。目前已經(jīng)生產(chǎn)出了含乙肝疫苗的“藥用土豆”、“香蕉疫苗”以及能分泌含某種藥用蛋白乳的山羊等，使得原來原料來源困難、生產(chǎn)技術復雜、治療成本昂貴的有效藥物的生產(chǎn)變得簡單、使用方便、價格低廉、能普遍推廣使用的程度。
第三是分子水平上的中藥質量控制。由于中藥成分復雜，來源不一，中藥制劑藥味多，工藝各異。，造成質量難以控制。這是制約中藥走出國門的關鍵原因。自八十年代后發(fā)展起來的分子分類學，將生物性狀從表征擴展到生物信息大分子，利用DNA、RAN、蛋白質三級信息物質，反映遺傳密碼傳遞順序。這是物種特征的根本所在，也是中藥最有價值的分類鑒定指標。另一方面利用DNA分子標記技術對中藥進行質量分析和品質評價具有傳統(tǒng)中藥檢測方法無法比擬的優(yōu)點。目前該技術主要有兩種：分子雜交和PCR擴增技術。據(jù)報道，廣東某大學利用該技術已建立了冬蟲夏草DNA鑒別方法，可以說準確無誤。有專家預測不久將來DNA標記技術將會成為繼光譜色譜后在質量標準研究領域內又一重要的常規(guī)技術方法。
從以上分析可見，分子生物學技術的應用將是實現(xiàn)中藥現(xiàn)代化的關鍵步驟，隨著研究的深入，這一高新技術在中醫(yī)藥領域也將會發(fā)揮其巨大作用，產(chǎn)生無可估量的社會和經(jīng)濟效益，同時這也是當今世界高科技發(fā)展的焦點之一。為此，在GAP中藥材生產(chǎn)上引入現(xiàn)代生物工程高新技術也是加速實施中藥現(xiàn)代化的目的之一。
中藥材是整個中藥事業(yè)的一個領域，引進和導入當今高科技的生物工程技術，勢必引起中藥材研究和發(fā)展的一場變革。除了會使中藥材的研究發(fā)展有長足的進步之外，它將促使整個中藥傳統(tǒng)研究開發(fā)利用上發(fā)生一個新的突破，產(chǎn)生一個新的飛躍。 |
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