黄芪活性产物代谢调控获重大突破
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黄芪,是中医临床最常用的大宗药材之一。现代药理学研究发现,黄芪多糖、黄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,以黄芪主要成分为原料的新药开发成为热点。黄芪主要生长在西北干旱地区,由于市场需求量不断增加,其野生资源受到极大威胁。它又是一种重要固沙植物,如无序采挖,可能成为沙尘暴肆虐的原因之一。其实,不仅是黄芪,许多野生中药资源在可持续利用方面都陷于这样的“困境”。人工栽培是“解困”的一条途径,但药用植物需3-5年生长时间,难以满足市场的迫切需求;而且引种栽培代数越多,中药材质量退化就越厉害。
市场对中药材的需求量与日俱增,但是许多野生中药材受生长周期所限,供不应求;大量的无序采挖,又会影响生态环境。由中国工程院院士、上海中医药大学教授胡之璧领衔完成的“黄芪活性产物代谢调控的基因工程关键技术研究”项目,首次将现代生物技术成功应用于传统中药,在改良中药材品质、实现中药资源的可持续利用方面取得重大突破。该项目近日获2007年度国家科技进步二等奖。
胡之璧带领的科研团队,探索运用基因工程技术,对中药活性成分进行代谢调控研究。他们选用黄芪作为模式药材,因为大部分中药像黄芪一样,以根入药。在黄芪身上找到“突破口”,不仅具有重要理论意义,而且对其它根类药材的可持续利用也具有示范作用。
技术难点之一,是定向生产中药材中的“宝贝”———目标活性产物。科研人员在黄芪无数个基因中,找到调节其活性成分的两个基因,克隆后构建到载体上,然后由载体把两个基因导入黄芪培养物上,生成黄芪毛状根。他们应用基因工程手段,创建了黄芪代谢相关内源基因的扩增技术,调控黄芪活性成分生物合成,大幅度提高了黄芪中有效成分。由此,胡之璧带领的科研团队开创了中药基因工程这一研究新领域。
黄芪毛状根培养,如何从实验室“摇瓶”过渡到产业化的生物反应器培养?毛状根培养生物反应器是当今国内外研究的热点之一。胡之璧带领科研人员另辟蹊径,将透明颤菌血红蛋白基因引入黄芪毛状根,使这种生物在低氧条件下也能“茁壮”生长,不影响其活性成分的代谢水平。该技术属国际首创,创建了黄芪毛状根30升大规模培养体系,为其工业化规模生产提供了技术指导和示范。
专家点评
中国科学院院士陈凯先:该科研项目建立的药材基因克隆、载体构建、表达、毛状根规模培养等技术方法具有普适性,为中药资源的可持续利用提供了创新思路和方法,也为提高我国中药现代化研究水平作出了显著贡献。
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