现代生物技术在中药行业中的应用doc.docx

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现代生物技术在中药行业中的应用

摘要：

目前，在我国中药产业呈持续发展趋势的同时，也存在着中药材质量不稳定、品种混乱、无严格的质量标准体系等诸多问题，所以应用现代生物技术完善其不足，势在必行。

自20世纪80年代PCR技术问世至今，生物技术已经深入中药研究和开发的各个领域,在高质量中药天然药物原料的研究生产及中药材资源可持续利用中发挥着极大的作用。

关键词：

生物技术；中药行业；应用

Abstract：

Nowadays,thetraditionalChinesemedicalindustryofourcountryshowsatendencyofdevelopingcontinuously,buttherearealsoalotofproblems，suchastheunstablequalityofChinesemedicinalmaterials,thedisorderedvariety,absenceofthestrictqualitystandardsystemandsoon.Soit'sessentialtomakeuseofthemodernbiotechnologiestoimproveitsdeficiency.SincePCRtechnologycameoutintheeightiesofthelastcentury,BiotechnologyhasenteredallfieldsofTCDresearchanddevelopment,exertinggreatfunctioninresearchandproductionofhighqualitynaturalmedicinalrawmaterialsandsustainableutilizationofChineseherbsresource.

Keywords：

biotechnology;Chinesemedicineindustry;application;

1生物技术在高质量中药天然药物原料的研究生产及中药材资源可持续利用中的应用…………………………1

2中药行业中的一些生物技术…………………………2

2.1色谱技术提取分离中药有效成分难……………2

2.2DNA遗传标记、电泳技术DNA…………………3

2.3分子免疫技术………………………………………3

2.4转基因技术……………………………………………3

2.5基因芯片技术………………………………………………4

2.6植物细胞工程………………………………………………4

2.7发酵工程……………………………………………………5

3酶工程技术是中药活性成分生产的最佳技术手段之一…5

4生物技术为提高中药品质评价水平提供新实验方法………5

5生物技术为中药研究与开发提供了更多新的工具和途径……6

5.1生物转化及生物组合化学为以天然活性成分为先导化合物发现新药提供了新的思路与方法……………………………………6

5.2生物技术为天然微量活性成分的生产提供新的技术平台…6

5.3物技术实现天然结构复杂活性化合物的结构修饰…………6

6综述………………………………………………………………6

7参考文献…………………………………………………………7

现代生物技术在中药行业中的应用

中医药学是我国在自然科学领域最有特色的学科之一，中药现代化就是将传统中医药的优势和特色与现代科学技术相结合，把中药推向国际化。

生物技术作为一种综合了生命科学与多种现代科学理论与研究手段的高技术，在21世纪将对生命科学的各个领域产生十分深远的影响。

1生物技术在高质量中药天然药物原料的研究生产及中药材资源可持续利用中的应用

生产具有国际竞争力的现代中药,其前提是有高质量的中药原料。

现代中药必须严格保证所用的药材原料无污染,农药残留和重金属含量在十分安全的范畴内,药效物质基础的含量稳定、可靠并有严格的质量标准。

中国中药资源达1.2万余种,这些中药材中部分涉及到珍稀濒危物种,因此对珍稀濒危中药材的挽救、保护和合理利用迫在眉睫。

迁移珍稀濒危动、植物至饲养地和植物园是保存物种的重要方法,创建相应的基因库用于保存动植物的基因,考察物种的变异具有重要意义。

就中药材栽培而言,GAP的实施已成为业内共识。

基因技术在这方面正在逐渐发挥重要作用,如中药材优良品种选育、道地性药材遗传特征分析、抗性基因的转基因药用植物等。

应用RAPD技术对南北苍术间的差异进行了分析,以为苍术的道地性是在遗传和生态两因素长期复杂作用下形成的遗传和化学成分有稳定差异的居群；李萍等将5srRNA基因间区序列的变异用于对金银花药材道地性的分析。

有报道用转基因植物可生产外源基因编码的产物（如a栝蒌素、干扰素等）,随着表达效率的提高和受体植物范畴的不断扩大,将有可能在传统中药材中加入有用的新遗传特性,增加植物的抗病能力等,这将为中药材的绿色栽培奠定良好的基础。

2中药行业中的一些生物技术

2.1色谱技术提取分离中药有效成分难是导致中成药疗效差、质量不可控的主要原因，应用色谱技术可改善这一关键技术难题。

色谱主要是利用物质在流动相与固定相中的分配系数差异而分离样品。

样品中的各组分在两相相对运动时被多次分配，分配系数大的组分迁移速度慢；反之则速度快，因此被分离。

20世纪70年代高效液相色谱法（HighPerformanceLiquidChromatography,HPLC）崛起，弥补了气相色谱法（GasChromatography,GC）不能直接用于分析、难挥发、不稳定及高分子样品的弱点，扩大了色谱法的应用范围。

20世纪80年代末毛细管电泳法（CapillaryElectrophoresis,CE）快速发展，分离效果（柱效可达到107）远大于经典的色谱法。

CE易于选择各种分离性的添加剂，能较好地弥补HPLC效率低、扩散系数小等不足。

Zauggs等用β-环糊精为手性添加剂，以十二烷基硫酸钠为表面活性剂的方法分离奎宁、奎尼丁等化合物，鉴别出奎宁、奎尼丁。

SFE-HPLC（超临界流体萃取-高效液相色谱）联用体系，用于自动化萃取芳香族化合物，选择性强、灵敏度高。

Beike等用LC-MS法定量测定了人血、胃内容物和组织中的紫杉碱和异紫杉碱。

Setzer等采用LC-NMR和LC-MS相结合的方法，对佛手柑类植物（Stauranthusperforatus）的树皮二氯甲烷提取物中有细胞毒作用的成分进行了分析，鉴定出6种呋喃香豆素类化合物和9种喹啉生物碱（其中7种为新化合物）。

　　2.2DNA遗传标记、电泳技术DNA作为生物群体细胞中的遗传物质，具有遗传稳定性，代表了该种群的基本遗传特征，对其标记，制定出其正品的标准DNA指纹图谱，为鉴别不同类别中药提供了方便快捷的方法。

主要有扩增片段长度多态性（AmplifiedFragmentLengthPolymorphism，AFLP），限制性片段长度多态性（RestrictionFragmentLengthPolymorphism，RFLP），随机扩增多态性（RandomAmplifiedPolymorphismDNA，RAPD），微卫星DNA，任意引物PCR等。

RAPD简便、快速，应用最广，已鉴定了木蓝属8种生药、铁线莲属7种生药和西红花等。

用RFLP技术鉴定了羽扇豆属药用植物的亲缘关系与所含生物碱类成分的相关性。

PCR直接测序技术用于鉴定人参、鸡内金、鹿鞭等。

高效毛细管电泳法（HighPerformanceCapillaryElectrophoresis,HPCE）是近几十年飞速发展起来的新的分析技术，它根据离子在缓冲液中迁移的速度与电场呈正比原理,将凝胶电泳解析度和快速液相色谱技术溶为一体，展示出特有的分离能力与极大的应用前景。

如用于测定茶碱血浆浓度,测定中药、中成药的有效成分含量。

　　2.3分子免疫技术疾病发生时异常基因功能的实现最终还依赖于蛋白质表达,中医药预防和治疗疾病的疗效最终也往往落实到蛋白质,通过对有关蛋白质的调控而发挥作用，因此,观察蛋白质水平的变化是中医药作用机制研究的重要环节。

分子免疫技术检测的原理是应用已知特定的抗体（抗原）对标本中相应的抗原（抗体）蛋白进行定性或定量的检测。

应用于中药材，鉴别其真伪，特异性强。

目前主要包括免疫印迹法、放射免疫检测、荧光免疫检测、免疫酶技术、免疫-聚合酶链式反应技术等。

　　2.4转基因技术国外获得成功的转基因药用植物有8种，其中转基因烟草可以生产人用溶酶体酶及多种人与动物疾病抗体，转基因玉米生产重组霍乱疫苗、单克隆抗体等。

药用植物基因工程起步较晚，但也有一些可喜成果，方法主要有农杆菌介导的基因转移、种质系统的基因转移和外源基因直接导入法。

以Arntzen研究小组为代表的多个研究组相继在烟草、马铃薯、苜蓿等植物中成功表达了乙肝病毒表面抗原、大肠杆菌毒素B亚基、霍乱毒素B亚基、诺瓦克病毒衣壳蛋白等。

戴均贵等用长春花悬浮培养细胞实现了对天麻素的生物转化。

转基因技术广泛地用于优化种质，保护和繁殖珍稀濒危动、植物品种，保证中药资源的可持续发展。

提高表达效率，大规模生产仍是目前研究的难点。

2.5基因芯片技术基因芯片技术可显示出中药作用的所有靶基因。

药物处理后基因表达的改变对研究药物作用机制有一定的提示作用。

此技术可以分析单味中药或中药复方用药前后机体的不同组织、器官基因表达的差异，从而发现一组病症相关基因和药物效应基因，作为药物筛选靶标，优化靶点，开发新药。

同时可对中药中的各种成分进行平行筛选，比较各种成分作用后机体基因表达的差异，结合体内组织学和生物化学的改变，探索中药的有效成分及存在状况，寻找有效部位和制备单体。

现在北京、上海的两个国家级药物筛选中心均已采用此技术对中药提取物和天然化学成分进行筛选，浙江江南生物科技有限公司已经研制出中药鉴定和筛选的基因芯片。

王军等用此探讨局灶硬化性肾小球肾炎模型小鼠的细胞因子表达谱，以及复方积雪草对其细胞因子网络的表达调控作用。

余榕捷等利用基因芯片研究六味地黄丸对老年大鼠基因表达的影响。

吴伟康等应用基因表达谱芯片观察小鼠心肌缺血后基因表达的变化以及四逆汤对其的影响。

Wachs等发明了一种微型化的离子喷雾装置，适合于与基于芯片的分离装置、多孔或带有待测样品残渣的表面联用，帮助人们对芯片分离所得样品或多孔板中样品进行质谱检测。

　2.6植物细胞工程实施药用植物的细胞工程，可以利用生物反应器对植物细胞组织大规模培养，通过一系列的单元操作和有效的细胞程序调控，提高中药有效成分含量，通过对有效成分含量的标准化，可提供与天然中药材具有相同药理作用的中药原料产品。

其次，还可运用植物细胞工程技术分离和提取中药有效成分，解决原料（栽培）质控、安全性和有效性等问题，使中药产品的技术含量高，质量可控，疗效确切，易于制备各种现代制剂。

植物细胞工程有助于实现中药生产标准化，实现濒危珍稀中药材和具有较高临床价值的现代中药产品的二次开发。

目前，已从400多种药用植物中建立了组织和细胞培养物，分离出600多种代谢产物。

我国许多药用植物如人参、丹参、甘草、黄连等的细胞培养都获得了成功，人参、新疆紫草细胞培养技术接近国际先进水平，已经工业化和商品化。

姜海英报道，人参通过组培生长25d后，人参皂苷含量高达3.5％～6.0％，药效相当于6龄参。

中科院生化过程工程研究所成功培养了紫杉醇、紫草宁、麻黄碱、雪莲、藏红花等10余种药用植物及代谢产物，还在微型薯、青蒿发根转化苗反应器培养方面获得了成功。

美国Phyto公司已达到75000L紫杉醇的生产规模。

此外，毛状根和不定根组织培养也很成功，培养的黄芪毛状根的效价与药用黄芪类似，丹参毛状根的培养物含有7种丹参碱。

并能分泌到培养基中。

希腊毛地黄细胞在褐藻酸盐的固定化下培养，可将有毒物质毛地黄苷转化为地高辛，利用紫草细胞培养技术生产紫草宁等。

依据野生新疆雪莲的抗炎、抗辐射等作用，有人进行了细胞培养物与天然新疆雪莲抗炎、镇痛和抗辐射的药理实验，表明新疆雪莲细胞培养物可以成为野生新疆雪莲的替代品，具有深入开发应用的价值。

2.7中药发酵研究始于20世纪80年代，人工条件下利用细胞的快速增殖与次生代谢产物的产生，为人工资源的生产提供技术平台。

水蛭素不与血小板反应,在治疗血小板减少症（HIT）方面具有其它抗凝药物无法比拟的效果。

在5L发酵罐中重组毕赤酵母能够高密度发酵产生水蛭素,最高总产量1.8g/L,为大规模工业化铺平了道路。

周晓燕等用经选育的猪芩PU-99菌作生产菌株，在1t罐中生产，菌丝体干重2.3％，含粗多糖31％。

利用微生物生长代谢来炮制中药，比一般的物理或化学炮制手段优越，可较大幅度地改变药性，提高疗效，降低毒副作用，为中药活性成分结构修饰提供新途径，产生新药效，扩大适应症，保护中药活性成分免遭破坏，节省药源。

3酶工程技术是中药活性成分生产的最佳技术手段之一

就疗效确切的单一天然活性成分而言，能够通过工业化生产获得天然结构复杂的单一产物是人们追求的目标，但天然化合物结构复杂，常有多个不对称碳原子，合成难度较大或合成条件苛刻；而酶工程为这类成分的获得提供了新的途径。

如金东史等利用酶转化方法将人参中的主要皂苷成分转化成含量只有十万分之几的人参皂苷Rh2，并达到了月产30kg的生产规模。

4生物技术为提高中药品质评价水平提供新实验方法

中药材是中药研究开发的基础，基础的质量标准无法控制，以后的研究和开发均属无本之木，其质量标准的制定也就失去了意义。

中药材的质量控制主要应包括两个方面的内容，一是品种的控制，主要是解决真伪的问题。

其二中药材的有效物质是次生代谢产物，其积累主要与其合成关键酶的表达及表达量等有关。

因此建立合理中药材的生产和质量评价体系将对中药现代化尤为重要。

基因分子标记技术在中药品质评价中的应用，使中药材鉴定的方法从传统的形态表征分析推进到对生物遗传物质的分析。

在中药的分子鉴别研究中目前主要有以下一些方面：

（1）基于PCR方法的DNA分子标记技术，如RAPD、AFLP等；

（2）基于分子杂交的DNA分子标记技术，如RFLP；（3）基于DNA序列分析的分子标记技术，如DNA直接测序法、PCRRFLP法。

利用这些基因鉴别方法对了解和分析药用动（植）物的遗传特性、基因与药材产地、化合物积累的相关性等均具有重要意义。

　　5生物技术为中药研究与开发提供了更多新的工具和途径

中药新药的研发是中药现代化和国际化的关键，要研制符合国际标准规范的现代中药，应用现代先进的科学技术势在必行。

　　5.1生物转化及生物组合化学为以天然活性成分为先导化合物发现新药提供了新的思路与方法：

生物转化技术可以弥补化学合成的不足，1997年Khmelnitsky利用盐活化生物催

化剂脂酶，成功地在有机相中进行了紫杉醇系列衍生物的生物合成。

由此可见，生物转化技术在以天然活性成分为基础的创新药物研究与开发中具有重要的意义。

　　5.2生物技术为天然微量活性成分的生产提供了新的技术平台：

中药中微量高效成分的研制开发一直是困扰医药产业界的核心问题，利用定向生物转化技术可将天然药物中的高含量成分转化成微量高活性成分，因此大大提高微量成分的含量，使其达到产业化的要求。

如研究发现多种微生物能定向地将含量较高的喜树碱转化为10羟基喜树碱。

丁家宜等利用人参毛状根成功地实现了对羟基苯醌生物合成天然熊果苷。

　　5.3物技术实现天然结构复杂活性化合物的结构修饰：

天然活性成分的研发中还有一个难以解决的问题，即天然活性成分常常体内外药效学活性差异较大，其中一个重要因素是其在体内吸收不好，导致生物利用度太低。

利用生物技术实现天然结构复杂活性化合物的结构修饰，对提高这类成分的生物利用度，进而实现产业开发具有重要意义。

6.综述

生物技术已经深入中药研究和开发的各个领域，虽然大多数研究尚处于起步阶段，但其影响正在不断扩大，所显示出的潜在社会价值和经济效益也日益得到重视，生物技术将深入到中药新药研制的各个环节。

正确利用现代生物技术合理地解决中医药现代科学研究和产业开发中的重要问题，必将有力地推动我国的中医药现代化和国际化进程，为加入WTO后的中国民族产业的国际竞争注入活力。

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