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雜，往往有幾十酶參與反應，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(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，與對照相比，莨菪胺含量增加了5倍。再如，科研人員正在進行與多糖合成有關(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黃芪毛狀根中多糖的種類和數(shù)量。

隨著21世紀高科技時代的到來。傳統(tǒng)藥材在保障人類健康的社會醫(yī)藥事業(yè)中的作用不但不會降低，而且會越來越重要。因為在傳統(tǒng)藥材中包含著許多人們尚未認識和開發(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，如隨著人類對細胞膜結(jié)構(gòu)的功能的了解，越發(fā)認識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世紀高科技時代到來的重要目標之一。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值的新結(jié)構(gòu)新類型化合物進行擴增，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)，使之適合新時代的要求。

二、中藥轉(zhuǎn)基因工程的優(yōu)勢

采用基因工程技術(shù)生產(chǎn)動植物類中藥的潛在優(yōu)勢在于其品種豐富多樣性，產(chǎn)品無毒性，特別是化學藥物經(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)取自動植物的天然藥物和調(diào)動人體本身存在的內(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、半夏等中藥體細胞分出來進行增殖，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“微生物和細胞培養(yǎng)陳列室”里，儲備著一萬多種生物，這些生物可為食品工業(yè)培養(yǎng)高效菌種，如生產(chǎn)酸乳酪的恒溫細菌、干酪真菌盤尼西林、泌乳及第三種單細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間地保持松脆，制作酸菜時可以加決發(fā)酵。生物學家還許諾要開發(fā)“超時代”的口味體驗；用基因技術(shù)制造了不使人發(fā)胖的脂肪；不會醉人的啤酒以及不損害人體健康的煙草?；蚬こ虒κ称飞a(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)。細胞核里每一個微小的改動都能減少經(jīng)濟上的巨大開支，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，它們在為無數(shù)帶來福音的同時，也向人們展示了生物技術(shù)在醫(yī)藥領(lǐng)域應用的廣闊前景。全國約有50多個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體系“植物反應器”即基因植物藥廠。植物反應器就是把構(gòu)建或克隆的基因(如有治病作用的基因等)轉(zhuǎn)入到高效表達載體中去，篩選到高效表達植株后，只需增加耕種面積就能擴大產(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?，合成水蛭素基因已成功轉(zhuǎn)入植物，并達到高效表達?；蝻暳咸砑觿┯兄菜崦?，它能使料磷的吸收利用率提高60％。動物增重明顯。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。

基因工程技術(shù)的應用

一、基因重組技術(shù)在醫(yī)學方面的運用
利用基因重組技術(shù)制藥。20世紀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使用，年產(chǎn)值達30億元人民幣，說明基因重組技術(shù)在醫(yī)學制藥過程中具有相當重要的作用。解決了有些藥物的短缺，一些醫(yī)藥費用昂貴的問題，取得了巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。
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)應用于臨床，幫助人類提高了對各種病毒的抵御能力。
利用基因重組技術(shù)進行診斷。人體器官的很多缺陷可能來自于基因的缺陷，導致表達產(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)在配合公安機關(guān)辦案時，只要在現(xiàn)場采集到血液、頭發(fā)、唾液、精斑等，這些都能夠為人們抓獲犯罪嫌疑人提供線索。
二、基因重組技術(shù)在農(nóng)牧業(yè)中的運用
基因工程在農(nóng)牧業(yè)中的運用有植物基因工程和動物基因工程兩個方面。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)進入商業(yè)化模式。植物基因工程技術(shù)主要應用在農(nóng)作物抗逆能力、改良農(nóng)作物品種、利用植物生產(chǎn)藥物這幾個方面。具體目前應用得比較成熟的有：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、動物基因工程
動物基因工程比植物基因工程的發(fā)展要晚一點，是20世紀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)運用到很多方面。例如：用于提高畜禽的生長速度，在動物體內(nèi)插入外源生長激素基因，該動物比正常動物生長得快，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 用于提高動物的生長速度 由于外源生長激素基因的表達，轉(zhuǎn)基因動物可以生長得更快，因此人們將這類基因?qū)雱游矬w內(nèi)，以提高動物的生長速率。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，有些人會對牛奶過敏、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)基因動物生產(chǎn)藥物 人們可以利用轉(zhuǎn)基因動物來生產(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子等調(diào)控組建重組在一起，通過顯微注射等方法，導入哺乳動物的受精卵中，然后將受精卵送入母體，使其生長發(fā)育成轉(zhuǎn)基因動物。轉(zhuǎn)基因動物進入泌乳期后，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家也在努力的研究生物基因重組技術(shù)，在相應的領(lǐng)域都得到了較好的成績。基因重組技術(shù)雖然起步較晚，但是從當前來看，發(fā)展速度很快，必將對人類生活帶來深遠的影響。

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