黃芪活性產物代謝調控獲重大突破
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黃芪,是中醫臨牀最常用的大宗藥材之一。現代藥理學研究發現,黃芪多糖、黃芪甲苷等主要生物活性成分,具有抗心肌缺血、缺氧、病毒性心肌炎的作用,以黃芪主要成分爲原料的新藥開發成爲熱點。黃芪主要生長在西北乾旱地區,由於市場需求量不斷增加,其野生資源受到極大威脅。它又是一種重要固沙植物,如無序採挖,可能成爲沙塵暴肆虐的原因之一。其實,不僅是黃芪,許多野生中藥資源在可持續利用方面都陷於這樣的“困境”。人工栽培是“解困”的一條途徑,但藥用植物需3-5年生長時間,難以滿足市場的迫切需求;而且引種栽培代數越多,中藥材質量退化就越厲害。
市場對中藥材的需求量與日俱增,但是許多野生中藥材受生長週期所限,供不應求;大量的無序採挖,又會影響生態環境。由中國工程院院士、上海中醫藥大學教授胡之璧領銜完成的“黃芪活性產物代謝調控的基因工程關鍵技術研究”項目,首次將現代生物技術成功應用於傳統中藥,在改良中藥材品質、實現中藥資源的可持續利用方面取得重大突破。該項目近日獲2007年度國家科技進步二等獎。
胡之璧帶領的科研團隊,探索運用基因工程技術,對中藥活性成分進行代謝調控研究。他們選用黃芪作爲模式藥材,因爲大部分中藥像黃芪一樣,以根入藥。在黃芪身上找到“突破口”,不僅具有重要理論意義,而且對其它根類藥材的可持續利用也具有示範作用。
技術難點之一,是定向生產中藥材中的“寶貝”———目標活性產物。科研人員在黃芪無數個基因中,找到調節其活性成分的兩個基因,克隆後構建到載體上,然後由載體把兩個基因導入黃芪培養物上,生成黃芪毛狀根。他們應用基因工程手段,創建了黃芪代謝相關內源基因的擴增技術,調控黃芪活性成分生物合成,大幅度提高了黃芪中有效成分。由此,胡之璧帶領的科研團隊開創了中藥基因工程這一研究新領域。
黃芪毛狀根培養,如何從實驗室“搖瓶”過渡到產業化的生物反應器培養?毛狀根培養生物反應器是當今國內外研究的熱點之一。胡之璧帶領科研人員另闢蹊徑,將透明顫菌血紅蛋白基因引入黃芪毛狀根,使這種生物在低氧條件下也能“茁壯”生長,不影響其活性成分的代謝水平。該技術屬國際首創,創建了黃芪毛狀根30升大規模培養體系,爲其工業化規模生產提供了技術指導和示範。
專家點評
中國科學院院士陳凱先:該科研項目建立的藥材基因克隆、載體構建、表達、毛狀根規模培養等技術方法具有普適性,爲中藥資源的可持續利用提供了創新思路和方法,也爲提高我國中藥現代化研究水平作出了顯著貢獻。
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