基因工程在植物類中藥生產(chǎn)中極具潛力

基因工程在植物類中藥生產(chǎn)中極具潛力

一、中藥轉(zhuǎn)基因工程實(shí)例

了解和控制傳統(tǒng)藥材的有效成分是其生產(chǎn)和加工技術(shù)現(xiàn)代化的基礎(chǔ)。傳統(tǒng)藥材含有的有效成分絕大部分是次生代謝產(chǎn)物。它們的合成途徑非常復(fù)雜，往往有幾十酶參與反應(yīng)，因而找出形成特定的產(chǎn)物的關(guān)鍵就成為利用基因工程技術(shù)生產(chǎn)傳統(tǒng)有效成分的關(guān)鍵步驟之一。然后就是分離或合成關(guān)鍵酶的基因，尋找合適的載體和外源基因的表達(dá)(產(chǎn)物)等一系列步驟。例如，天仙子胺和莨菪胺是廣泛使用的作用于植物神經(jīng)系統(tǒng)的抗膽堿能藥物，由于天仙子胺對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)的不良作用，因此莨菪胺受病人的喜愛，市場(chǎng)上后者的占有率10倍于前者。在莨菪烷生物堿合成途徑的研究中，人們發(fā)現(xiàn)天仙子胺6p-羥基化酶是參與天仙子胺轉(zhuǎn)化為莨菪胺的關(guān)鍵酶。將該酶基因通過Ri質(zhì)粒轉(zhuǎn)入到富含天仙子胺的莨菪毛狀根中，與對(duì)照相比，莨菪胺含量增加了5倍。再如，科研人員正在進(jìn)行與多糖合成有關(guān)的酶的基因通過Ri質(zhì)粒轉(zhuǎn)入黃芪毛狀根的研究，希望通過基因工程方法改進(jìn)黃芪毛狀根中多糖的種類和數(shù)量。

隨著21世紀(jì)高科技時(shí)代的到來。傳統(tǒng)藥材在保障人類健康的社會(huì)醫(yī)藥事業(yè)中的作用不但不會(huì)降低，而且會(huì)越來越重要。因?yàn)樵趥鹘y(tǒng)藥材中包含著許多人們尚未認(rèn)識(shí)和開發(fā)的具有新結(jié)構(gòu)的化合物，其中不少有望成為新的藥物，如隨著人類對(duì)細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的功能的了解，越發(fā)認(rèn)識(shí)到多糖類化合物的重要性。傳統(tǒng)藥材生產(chǎn)加工技術(shù)現(xiàn)代化是迎接21世紀(jì)高科技時(shí)代到來的重要目標(biāo)之一。借助基因技術(shù)，人們可望保存和繁殖那些瀕臨滅絕的藥物資源，保持自然界生物的多樣性。人們可以利用基因技術(shù)將那些數(shù)量極為稀少而又極為有價(jià)值的新結(jié)構(gòu)新類型化合物進(jìn)行擴(kuò)增，滿足臨床的需要。人們還可以通過基因技術(shù)在遺傳上改變現(xiàn)存的傳統(tǒng)藥材的有效成分，或附加新的遺傳成分，成為“轉(zhuǎn)基因藥材”。樣，基因工程的廣泛使用，將徹底改變傳統(tǒng)藥材生產(chǎn)和加工技術(shù)，使之適合新時(shí)代的要求。

二、中藥轉(zhuǎn)基因工程的優(yōu)勢(shì)

采用基因工程技術(shù)生產(chǎn)動(dòng)植物類中藥的潛在優(yōu)勢(shì)在于其品種豐富多樣性，產(chǎn)品無毒性，特別是化學(xué)藥物經(jīng)過幾十年發(fā)展，現(xiàn)在要合成新的有效的藥物已變得越來越難，而且很多藥物都暴露出程度不同的副作用。于是，人們轉(zhuǎn)向開發(fā)取自動(dòng)植物的天然藥物和調(diào)動(dòng)人體本身存在的內(nèi)源藥物。而基因工程為這些藥物的大量生產(chǎn)開辟了寬廣的道路。近期，中科院已在世界上首次成功地使麝香的香腺細(xì)胞在保持上皮形態(tài)特征的情況下多次傳代，取得了麝香細(xì)胞工程研究的關(guān)鍵性突破，大量人工生產(chǎn)麝香指日可待了。日本人還把地黃、半夏等中藥體細(xì)胞分出來進(jìn)行增殖，成為“生物草藥”。這就使一些中藥可以大量栽培，又免受病毒感染，保持穩(wěn)定的質(zhì)量，其藥效比天然生藥高1．5倍，而收量可達(dá)天然生藥的3～4倍?；蚬こ谈菫楦鞣N酶、激素等物質(zhì)的大量生產(chǎn)提供了可能性。例如德國的一所“微生物和細(xì)胞培養(yǎng)陳列室”里，儲(chǔ)備著一萬多種生物，這些生物可為食品工業(yè)培養(yǎng)高效菌種，如生產(chǎn)酸乳酪的恒溫細(xì)菌、干酪真菌盤尼西林、泌乳及第三種單細(xì)胞生物基因突變體等等。用基因技術(shù)改造的菌種可用于生產(chǎn)維生素；細(xì)菌可用于色素和人體生長激素的生產(chǎn)；用基因技術(shù)處理的單細(xì)胞生物可用來生產(chǎn)酵母、氨基酸、香精、維生素、色素等。用新型生物制造出的面包可以長時(shí)間地保持松脆，制作酸菜時(shí)可以加決發(fā)酵。生物學(xué)家還許諾要開發(fā)“超時(shí)代”的口味體驗(yàn)；用基因技術(shù)制造了不使人發(fā)胖的脂肪；不會(huì)醉人的啤酒以及不損害人體健康的煙草?；蚬こ虒?duì)食品生產(chǎn)的滲透，將使用于食品保鮮保色的酸性物質(zhì)、防腐材料及一些有害物質(zhì)退居二線。這有益于人體健康。

因食品可為人類贏得巨大效益。經(jīng)過基因處理的微生物可以生產(chǎn)大量便宜且純度很高的高效物質(zhì)——發(fā)酵輔助物。水果、蔬菜水分太多，不僅提高了運(yùn)輸成本，也增加了加工難度，為此，專家們已研究了減少植物水分的技術(shù)。細(xì)胞核里每一個(gè)微小的改動(dòng)都能減少經(jīng)濟(jì)上的巨大開支，加利福尼亞的專家從西部非洲的植物園里提取基因，制造出莫內(nèi)林蛋白糖幾乎沒有熱量，卻比糖甜十萬倍。利用基因技術(shù)將小麥和玉米的淀粉改造成米糖漿，這種糖漿比蔗糖便宜30％。美國利用生物工程基本上做到了糖類的自給自足?；蚴称吩诮?jīng)濟(jì)上給人類帶來的好處將使基因藥物和基因食品成為未來醫(yī)藥保健與食品的主流。

三、中國轉(zhuǎn)基因中藥工程蓬勃發(fā)展

基因工程技術(shù)正在我國顯示出前所未有的生命力。到1998年底，我國已有15種自行研制的基因工程疫苗或藥物投放市場(chǎng)，它們?cè)跒闊o數(shù)帶來福音的同時(shí)，也向人們展示了生物技術(shù)在醫(yī)藥領(lǐng)域應(yīng)用的廣闊前景。全國約有50多個(gè)廠家從事基因工程疫苗或藥物的生產(chǎn)。例如上海農(nóng)科院植物基因工程研究所現(xiàn)已成功建立高效表達(dá)體系“植物反應(yīng)器”即基因植物藥廠。植物反應(yīng)器就是把構(gòu)建或克隆的基因(如有治病作用的基因等)轉(zhuǎn)入到高效表達(dá)載體中去，篩選到高效表達(dá)植株后，只需增加耕種面積就能擴(kuò)大產(chǎn)量，再從植株中提取出有效成分，即成為藥品或疫苗，利用轉(zhuǎn)基因植物生產(chǎn)藥物或疫苗易于形成產(chǎn)業(yè)化規(guī)范；省略了一整套制藥工業(yè)化設(shè)備，成本大為降低；植物病毒不會(huì)感染給家畜及人類，安全性能好，各種轉(zhuǎn)基因植物及疫苗都可用口服的方式給藥，易被接受。

這座基因植物藥廠現(xiàn)已形成三大類基因產(chǎn)品?；蛩幬镉兴嗡兀铣伤嗡鼗蛞殉晒D(zhuǎn)入植物，并達(dá)到高效表達(dá)?；蝻暳咸砑觿┯兄菜崦?，它能使料磷的吸收利用率提高60％。動(dòng)物增重明顯。基因疫苗有治療腫齲齒的CTF疫苗及畜禽聯(lián)苗均已成功表達(dá)。

基因工程技術(shù)的應(yīng)用

一、基因重組技術(shù)在醫(yī)學(xué)方面的運(yùn)用
利用基因重組技術(shù)制藥。20世紀(jì)90年代以來，我國自己生產(chǎn)的干擾素等20種基因工程藥物投放市場(chǎng)使用，年產(chǎn)值達(dá)30億元人民幣，說明基因重組技術(shù)在醫(yī)學(xué)制藥過程中具有相當(dāng)重要的作用。解決了有些藥物的短缺，一些醫(yī)藥費(fèi)用昂貴的問題，取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
利用基因重組技術(shù)生產(chǎn)抗病毒疫苗。為了抵御病毒的侵襲，人們利用基因重組技術(shù)研究生產(chǎn)出了多種疾病的疫苗，例如：最常見的狂犬病疫苗、流行性出血熱病毒疫苗、乙型肝炎疫苗等多種疫苗已經(jīng)應(yīng)用于臨床，幫助人類提高了對(duì)各種病毒的抵御能力。
利用基因重組技術(shù)進(jìn)行診斷。人體器官的很多缺陷可能來自于基因的缺陷，導(dǎo)致表達(dá)產(chǎn)物出現(xiàn)缺陷。利用基因重組技術(shù)去診斷疾病，直接從基因的源頭去找病根，能夠更好的幫助人們尋找到某些遺傳病的病因以便于進(jìn)行治療。除此之外，人們還曾經(jīng)設(shè)想過，我們是否能夠用該技術(shù)去為一些人們認(rèn)為的“不治之癥”提供一些新的研究渠道，例如癌癥、艾滋病、白癡病等。另外，法醫(yī)在配合公安機(jī)關(guān)辦案時(shí)，只要在現(xiàn)場(chǎng)采集到血液、頭發(fā)、唾液、精斑等，這些都能夠?yàn)槿藗冏カ@犯罪嫌疑人提供線索。
二、基因重組技術(shù)在農(nóng)牧業(yè)中的運(yùn)用
基因工程在農(nóng)牧業(yè)中的運(yùn)用有植物基因工程和動(dòng)物基因工程兩個(gè)方面。利用基因工程技術(shù)主要是改良農(nóng)作物的品種、培育優(yōu)良品質(zhì)的動(dòng)物，目前這兩方面發(fā)展也比較迅速。
1、植物基因工程
從1996年到2001年，5年間轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物的種植面積增長30倍。轉(zhuǎn)基因大豆、棉花、油菜、玉米這四種作物種植面積最大，已經(jīng)進(jìn)入商業(yè)化模式。植物基因工程技術(shù)主要應(yīng)用在農(nóng)作物抗逆能力、改良農(nóng)作物品種、利用植物生產(chǎn)藥物這幾個(gè)方面。具體目前應(yīng)用得比較成熟的有：抗逆轉(zhuǎn)基因、抗蟲轉(zhuǎn)基因、抗病轉(zhuǎn)基因、利用轉(zhuǎn)基因改良植物的品質(zhì)等。
2、動(dòng)物基因工程
動(dòng)物基因工程比植物基因工程的發(fā)展要晚一點(diǎn)，是20世紀(jì)80年代才開始發(fā)展起，從它誕生的那一天起，到如今已經(jīng)運(yùn)用到很多方面。例如：用于提高畜禽的生長速度，在動(dòng)物體內(nèi)插入外源生長激素基因，該動(dòng)物比正常動(dòng)物生長得快，且體積大。除此之外，利用生物工程技術(shù)還可以生產(chǎn)動(dòng)物藥物、改良畜產(chǎn)品品質(zhì)、用作器官移植的供體等。
2.1 用于提高動(dòng)物的生長速度 由于外源生長激素基因的表達(dá)，轉(zhuǎn)基因動(dòng)物可以生長得更快，因此人們將這類基因?qū)雱?dòng)物體內(nèi)，以提高動(dòng)物的生長速率。此外，利用基因重組技術(shù)研發(fā)成功并廣泛應(yīng)用的生物活性肽不僅可以提高畜禽的生長速度，還能改善酮體品質(zhì)、提高機(jī)體抗病力、優(yōu)化畜禽養(yǎng)殖環(huán)境等。
2.2 用于改善畜產(chǎn)品的品質(zhì) 例如，有些人不能完全消化牛奶中的乳糖，有些人會(huì)對(duì)牛奶過敏、腹瀉和惡心等。為了解決這些問題，人們將腸乳糖酶基因?qū)肽膛；蚪M中，使獲得的轉(zhuǎn)基因牛分泌的乳汁中，乳糖的含量大大降低，而其他營養(yǎng)成分則不受影響。
2.3 用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物生產(chǎn)藥物 人們可以利用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物來生產(chǎn)某些藥物。例如，可以將藥用蛋白基因與乳腺蛋白基因的啟動(dòng)子等調(diào)控組建重組在一起，通過顯微注射等方法，導(dǎo)入哺乳動(dòng)物的受精卵中，然后將受精卵送入母體，使其生長發(fā)育成轉(zhuǎn)基因動(dòng)物。轉(zhuǎn)基因動(dòng)物進(jìn)入泌乳期后，可以通過分泌的乳汁生產(chǎn)所需要的藥品。
生物科學(xué)技術(shù)的日益發(fā)展給人們的生產(chǎn)生活帶來了極大的便利。國內(nèi)外的一些大型生物公司和高校的科學(xué)家也在努力的研究生物基因重組技術(shù)，在相應(yīng)的領(lǐng)域都得到了較好的成績?；蛑亟M技術(shù)雖然起步較晚，但是從當(dāng)前來看，發(fā)展速度很快，必將對(duì)人類生活帶來深遠(yuǎn)的影響。

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